Embed Size (px)
Citation preview
Ryggavlastningsskydd -utveckling och utvärdering av koncept
MALIN CARLSTRÖM CHARLOTTE DÜNÉR
Kandidatarbete Stockholm, Sverige 2011
Ryggavlastningsskydd
Utveckling och utvärdering av koncept
av
Malin Carlström Charlotte Dünér
Kandidatarbete MMKB 2011:06 IDEB036
KTH Industriell teknik och management
Maskinkonstruktion
SE-100 44 STOCKHOLM
1
Kandidatarbete MMKB 2011:06 IDEB036
Ryggavlastningsskydd
- Utveckling och utvärdering av koncept
Malin Carlström
Charlotte Dünér
Godkänt
2011-05-27
Examinator
Carl Michael Johannesson
Handledare
Carl Michael Johannesson
Uppdragsgivare
Carl Michael Johannesson
Kontaktperson
Charlotte Dünér
SAMMANFATTNING
Detta kandidatarbete beskriver produktutveckling och utvärdering av ett ryggskydd som
motverkar snedbelastning av ryggen och påverkan av punktbelastningen på en axel när
endast ena sidan av kroppen belastas.
Det är vanligt att man dagligen bär med sig tunga väskor och många väljer av olika skäl
att bära en axelremsväska framför en ryggsäck. Regelbunden snedbelastning av ryggen
kan leda till ryggproblem på kort eller lång sikt. Särkilt punktbelastning på axeln kan
uppfattas som extra obehagligt även på kort sikt och kan orsaka spänningar i nacke och
rygg och påverka hälsan både fysiskt och psykiskt.
Målet är att utveckla en produkt som minskar dessa problem och som samtidigt är
bekväm och har en diskret design. Produkten riktar sig således till de som dagligen bär
tunga väskor och inte använder ryggsäck. Typanvändaren har en väska med en vikt på
ca 4,5 kg men produkten ska klara 8,5 kg.
Det framtagna konceptet utvärderas med hjälp av både objektiva och subjektiva tester.
För att utvärdera idén subjektivt byggs en prototyp som används för användartester och
biomekaniska beräkningar i datorprogrammet Jack . Resultatet av testerna används som
underlag för en vidareutveckling av produkten. Förenklade material-, tillverknings- och
ekonomianalyser genomförs.
Slutprodukten föreställer ett tunt ryggskydd tillverkat i exempelvis
kolfiberepoxikomposit vilket gör att ryggskyddet klarar stor tyngd och lätt kan tillverkas
och anpassas efter ryggens form. Skölden är formad som ett kryss för att omfördela
tyngden från ena sidan till den andra. Skyddet fästs i ett vadderande hölje runt höften
som tillsammans med ett spänne håller skyddet på plats och som möjliggör att höften tar
en stor del av tyngden vilken annars skulle hamnat på axeln. Plattan och vadderingen är
inkapslad i en tygväst för att efterlikna ett vanligt plagg snarare än ett hjälpmedel.
Axelns vaddering är speciellt utformad för att minska punktbelastningen.
Produkten minskar momentet i ländryggens nedre del med 70 % och minskar
punktbelastningen på axeln med 75 %.
2
Bachelor Thesis MMKB 2011:06 IDEB036
A resource to unload the back
-Development and evaluation
Malin Carlström
Charlotte Dünér
Approved
2011-05-27
Examiner
Carl Michael Johannesson
Supervisor
Carl Michael Johannesson
Commissioner
Carl Michael Johannesson
Contact person
Charlotte Dünér
ABSTRACT
This work describes the development, evaluation and final concept of a shoulder and
back protection. The product reduces stress in the back and minimizes the lumped load
on the shoulder when carrying a bag on one shoulder.
A common problem, especially among students, is that back problems evolve from long
term use of heavy bags carried on one shoulder. One solution would be to carry a
backpack but this product is primarily made for those who use shoulder bags.
The goal is to develop a product that decreases these problems and that resembles a
piece of clothes rather than a medical aid. It should be able to handle a bag of 8.5 kg.
The concept was evaluated through subjective and objective tests. The prototype that
was built was used in user evaluations and biomechanical calculations in Jack. The
results of these evaluations were used to develop a final concept.
The product is a vest-like back shield made up of three main pieces. The shoulder
module pads and reduces the lumped load. The back module is shaped as an X and
redistributes the load. It is made out of a composite material with carbon fiber and
epoxy resin as it provides strength but is still easy to shape and has a lower density than
materials with similar mechanical properties. The hip module pads the hip in order to
avoid discomfort and has a belt that
The final product decreases the torque in the lower back with 70 %, and the lumped
load on the shoulders is reduced with 75 %.
3
Innehållsförteckning
SAMMANFATTNING
ABSTRACT
Innehållsförteckning
1. Inledning ................................................................................................ 5 1.1 Bakgrund och problemområde ............................................................. 5
1.2 Syfte ..................................................................................................... 5
1.3 Kravspecifikation ................................................................................. 6
1.4 Avgränsningar ...................................................................................... 6
1.5 Målgrupp och användarscenarier ......................................................... 6
2. Metod ...................................................................................................... 7 2.1 Litteraturstudie ..................................................................................... 7
2.2 Marknadsundersökning ........................................................................ 7
2.2.1. Nuvarande lösningar på marknaden .............................................. 7
2.2.2. Enkätundersökning om väskanvändning och ryggproblem ........... 7
2.3 QFD: koppling av kundbehov till tekniska lösningar .......................... 7
2.4 Idégenerering och konceptval i utvecklingsprocessen ......................... 7
2.5 Prototypframställning........................................................................... 8
2.6 Utvärdering av prototyp ....................................................................... 8
2.6.1. Objektiva metoder .......................................................................... 8
2.6.2. Subjektiva metoder: användartester med prototyp ...................... 10
2.7 Slutprodukt ......................................................................................... 12
2.7.1. Beskrivning av slutprodukten ...................................................... 12
2.7.2. Hållfasthetsberäkningar på skyddets ryggskena .......................... 12
2.7.3. Visualisering av slutprodukt ........................................................ 12
2.7.4. Tillverkningsmetod och materialval av slutprodukt .................... 13
2.7.5. Grundläggande ekonomianalys.................................................... 13
3. Resultat ................................................................................................. 14 3.1. Litteraturstudie ................................................................................... 14
3.1.1. Ryggens anatomi .......................................................................... 14
3.1.2. Biomekanik och påverkan på kroppen ........................................ 15
3.2. Marknadsundersökning ...................................................................... 19
3.2.1. Nuvarande lösningar på marknaden, ........................................... 19
3.2.2. Enkätundersökning ryggproblem ................................................. 19
3.3. QFD .................................................................................................... 21
3.4. Idégenerering och konceptutveckling ................................................ 22
3.5. Prototypframställning......................................................................... 22
3.6. Utvärdering av prototyp ..................................................................... 22
3.6.1. Objektiva tester ............................................................................ 22
4
3.6.2. Subjektiva metoder ...................................................................... 25
3.7. Presentation av slutprodukt ................................................................ 27
3.7.1. Beskrivning .................................................................................. 28
3.7.2. Hållfasthetsberäkningar ............................................................... 34
3.7.3. Tillverkningsmetod och materialval ............................................ 37
3.7.4. Ekonomianalys ............................................................................. 38
4. Diskussion ............................................................................................ 39 4.1. Utvärdering av prototyp ..................................................................... 39
4.2. Slutprodukt och marknad ................................................................... 39
5. Slutsats ................................................................................................. 41
Tack ............................................................................................................... 42
Referenser ..................................................................................................... 42
Lista över bilagor ......................................................................................... 44
5
1. Inledning
Under den inledande fasen av projektet formulerades bakgrund, syfte, problemområde
samt avgränsningar. En kravspecifikation utformades även som uppdaterades under
projektets gång.
1.1 Bakgrund och problemområde Idag är det mer en vana än undantag att transporteras från ett ställe till ett annat för att
kunna ta del av dagens samhälle, oavsett om det gäller arbetet, skolan, sociala kontakter,
vardagligt handlande etc. Vi människor är ständigt på rörande fot som i sin tur kräver att
vi bär med oss våra tillhörigheter.
Väskutbudet är stort med allt ifrån ryggsäckar, axelremsväskor, portföljer, sportbagar,
tygkassar, handväskor m.m. som finns i olika storlekar och utföranden. Principen att
bära en väska på en axel blir allt vanligare som i sin tur sätter sina spår på vår kropp.
Med avseende på punktbelastningen som axlarna utsätts för ges en dubbelt så stor
belastning på muskulaturen och axelleden genom att bära väskan på bara en axel istället
för att fördela tyngden på båda. Den smala kontaktytan mellan väskan och axeln bidrar
till en stor kraft på liten yta, det vill säga stort tryck på axeln. Asymmetrin ger även
upphov till ett moment som aktiverar ryggmuskulaturen på motsatt sida vilken med
tiden tröttar ur densamma. Se figur 1. [1].
Ett hjälpmedel som kan fördela tyngden på en axel till båda skulle därmed minska
både punktbelastningen på axlarna samt minimera momentet som uppkommer i ryggen.
En sådan produkt skulle möjliggöra för användaren att fortsätta använda sin väska med
en rem men belasta kroppen på ett mer skonsamt sätt.
Figur 1. Illustration av problemområde vid användning av väska på ena axeln.
1.2 Syfte Syftet med detta kandidatarbete är att utifrån ett formulerat problem utveckla en produkt
som löser det och sedan utvärdera hur väl målen har uppfyllts. Genom att utnyttja
kunskap inom produktframtagning, maskinkonstruktion och belastningsergonomi ska en
produkt utvecklas och utvärderas. Produkten skall omfördela belastningen på ryggen när
man väljer att bära en väska rakt ned på endast en av axlarna, och uppfylla
funktionsmässiga krav men även vara attraktiv, bekväm och användarvänlig. Målet är
att konstruera en konceptprodukt, snarare än en detaljkonstruktion av produkten.
6
1.3 Kravspecifikation Efter genomförd marknadsanalys identifierades krav och önskemål från projektgrupp
och målgrupp. De viktigaste kraven var att produkten skulle omfördela tyngden från
väskan och minska punktbelastningen på axlarna samt att den skulle vara bekväm.
Maxvikten sattes till 1 kg men önskvärt är att den ska väga under 0,5 kg. Utifrån
marknadsanalysen sattes önskemålet att produkten ska kunna tillverkas för under 100
kronor. En annan viktig målsättning av stor vikt var att produkten inte ska se ut som ett
hjälpmedel för ett ökat kundvärde. För en mer utförlig kravspecifikation se bilaga 1.
1.4 Avgränsningar Produkten ska uppfylla kravet att den ska omfördela tyngden vid belastning på ena
axeln så att en större del av ryggens muskler tar viss del av tyngden alternativt
omfördela lasten till andra kroppsdelar och muskelgrupper. Den ska även minska
punktbelastningen vid kontakt med axeln. Huvudfokus ligger på att den ska uppfattas
som bekväm och göra en förbättring jämfört med ursprungssituationen, med andra ord
lämnas praktiska frågor kring användandet enbart som önskemål. Fokus ligger inte
heller på att ta fram en detaljkonstruktion av produkten med exakt materialval och
måttsättning, utan snarare ett konceptförslag med förslag till material och
tillverkningsmetod. I och med att en slutprototyp av slutprodukt inte kan tillverkas med
givna resurser och inom rimlig tid görs en visualisering i datorprogrammet Rhinoceros
[2] för att illustrera slutgiltiga material och utvändig utformning. Produkten är tänkt att
användas då en väska hängs rakt ned på ena axeln och för att passa olika typer av
kroppsformer är den tänkt att tillverkas i olika storlekar oavsett valt koncept.
1.5 Målgrupp och användarscenarier Efter att ha genomfört en marknads- och konkurrentanalys valdes en ganska bred
målgrupp ut. Typanvändaren är alla som dagligen eller ibland använder en
axelremsväska på ena axeln. En anledning till att många väljer axelremsväska framför
ryggsäck är av estetiska skäl, och produkten bör därför utformas för att passa den
sortens användare. Några typscenarier där produkten kan användas målades upp:
- Studenten som under kortare sträckor flera gånger dagligen bär på några böcker, ett
block, en dator, en matlåda och några småsaker. 4,5 kg. Studenten kanske även
promenerar till och från skolan under en längre tid med tung belastning.
- Golfspelaren som under några timmar, med kortare avbrott, bär på en golfbag. 8 kg.
- Idrottaren som bär med sig sin tunga väska med skor, vattenflaska, träningskläder,
handduk, racket. 2,5 kg.
7
2. Metod
En bakgrund till området gavs av genomförd litteraturstudie, marknadsundersökning
och en QFD för att övergå till en idégenerering av produkten. En prototyp tillverkades
för att utvärderas med både objektiva och subjektiva metoder. Slutmodellen blev ett
resultat av dessa undersökningar men med vissa förbättrande modifikationer. Slutligen
utfördes en ekonomianalys för produktens material-, tillverknings- och
försäljningskostnader.
2.1 Litteraturstudie För att få en förståelse för de följder som kan uppkomma då ryggen belastas utfördes en
litteraturstudie där frågor som omfattar ryggens anatomi, belastningsergonomi och
skaderisker redogörs. Se bilaga 2 för fullständig frågeställning.
2.2 Marknadsundersökning För att förstå problemsituation och behov genomfördes en marknadsundersökning.
2.2.1. Nuvarande lösningar på marknaden
Marknadsundersökningens syfte var att identifiera nuvarande lösningar på marknaden
och klargöra målgrupp och problemområde. Resultatet användes som underlag för
vidareutveckling och för att ta reda på vad som redan finns på marknaden idag.
2.2.2. Enkätundersökning om väskanvändning och ryggproblem
En enkätundersökning genomfördes för att identifiera problem och behov hos
potentiella kunder. Enkäten skickades ut till 40 personer, män och kvinnor i åldern 18-
25 år, via internet. Frågorna berörde vanor kring de tillfrågades väskanvändning och
ryggproblem som följd av ryggbelastning. En del av enkäten tog upp deras värdering av
en produkt som kan minska deras ryggproblem, om de skulle vara intresserade av en
produkt med en viss utformning och deras intresse att köpa produkten, se bilaga 3.
2.3 QFD: koppling av kundbehov till tekniska lösningar För ökad förståelse av sambanden mellan användares önskemål om hjälpmedlet och
dess egenskaper utfördes en Quality Function Deployment (QFD) enligt Ullman [3].
Metoden genererar tydliga specifikationer och ger en överblick hur egenskaper,
önskemål och inbördes samband påverkar varandra och ger en ny dimension till
problemet.
Konkreta frågor besvarades i bestämda fält i en så kallat QFD- matris. I fokus var
användarens krav på ett ryggskydd där frågorna enligt bilaga 4 besvarades och
resonerades kring. Förutom ökad förståelse för problemet gav detta även vilka
produktegenskaper som var viktigast att tillämpa i produkten, både för att tillfredställa
användaren och kunna möta konkurrenter.
2.4 Idégenerering och konceptval i utvecklingsprocessen Projektet har utförts enligt Ullmans generella produktutvecklingsmetod. [3]. Ett
specifikt problemområde identifierades, därefter genomfördes en förstudie med
informationssökning. Utifrån informationssökning och brainstormingsessioner togs fem
koncept fram. Koncepten testades med hjälp av enkla funktionsmodeller och de som
bäst uppfyllde kravspecifikationen valdes att arbeta vidare med. Efter vidareutveckling
8
av dessa koncept eller kombinationer av dem genomfördes ytterligare utvärdering och
urval. Därefter valdes ett slutkoncept som framställdes i form av en mer avancerad
prototyp.
Användartester genomfördes för att utvärdera dess funktion och komfort. Resultatet
från dessa tester användes därefter för att göra vissa justeringar och en slutprodukt
framställdes i datormodelleringsprogrammet Rhinoceros [2].
2.5 Prototypframställning Under produktutvecklingen har två sorters funktionsmodeller tillverkats och testats. De
första modellerna hade till syfte att klargöra vilken konstruktion som bäst omfördelade
tyngden från axlar till höfter. Den sista och även mer avancerade modellen användes för
användartester och liknade utformningen av den tänkta slutprodukten. Här togs även
hänsyn till bekvämlighet och rörlighet.
2.6 Utvärdering av prototyp med hjälp av objektiva och subjektiva metoder
Såväl objektiva som subjektiva metoder användes för att utvärdera prototypen och olika
belastningsfall. Subjektiva skattningar användes för att erhålla användarens upplevda
känsla av smärta och eventuellt obehag och de objektiva för att databaserade resultat.
Tillsammans ger de en helhetsuppfattning av hur prototypen påvekar användaren och
dennes kropp vid olika belastningsfall med och utan ryggskyddet. Hur väl prototypen
fungerar var av intresse vid testerna.
2.6.1. Objektiva metoder
Avancerade biomekaniska beräkningar för momenten i kroppens leder utfördes med
datorprogrammet Jack [4], EMG-tester ger hur musklerna arbetar vid en given
belastning och vanliga beräkningar gav hur tryckfördelningen av punktbelastningen
ändras beroende på om prototypen används eller inte.
Jack-simulering för belastningens påverkan på kroppens leder
Datorsimuleringsprogrammet Jack [4] används för att utföra biomekaniska beräkningar
på datormodeller av människan, så kallade manikiner. Programmet simulerar olika
belastningsfall och anger kroppens påkänningar av moment i olika leder. Manikierna
gavs tre olika typer av belastningsfall för att undersöka hur momentet i ländryggen och
lederna i rygg och axlar påverkas då en väska med 4,5 kg hängs rakt ner på höger axeln.
Fall 1 efterliknar belastningen utan något skydd alls, figur 2, Fall 2 motsvarar
belastningsfallet med prototypen, figur 3, samt Fall 3 hur kroppen belastas med den
tänkta slutprodukten, figur 4.
Manikinen var en kvinna med genomsnittlig längd och vikt. Dess position valdes
till “avslappnad stående” eftersom enbart eventuella skillnader var av relevans, inte hur
variationer mellan olika kroppstyper ändras. Analysmetoderna Lower back analysis
samt Static strenght analysis valdes för att få detaljerad information om ryggens
momentpåkänningar och eventuella riskvärden då kroppen utsätts för statisk belastning
för de tre olika fallen. För exakt utförande och koordinater av krafternas angreppspunkt
se bilaga 5.
9
Figur 2. Belastningsfall 1: Axelbelastning utan ryggskydd.[5]
Figur 3. Belastningsfall 2: Axelbelastning med prototyp. .[5]
10
Figur 4. Belastningsfall 3: Axelbelastning med slutprodukt. .[5]
Punktbelastning på axeln
För att förtydliga tankegången har metodbeskrivningen av detta avsnitt flyttats till
resultatdelen, se 3.6.1.
EMG-test för undersökning av belastningens påverkan på kroppens muskler
Elektromyografi (EMG) är en metod som mäter muskelaktivitet i en muskel vid ett
givet belastningsfall och kan därmed utnyttjas för att bedöma olika belastningsfalls
inverkan på muskelansträngningen.
När en muskel kontraheras uppstår ett jonflöde som genererar elektriska
spänningspotentialer, dessa detekteras med elektroder fästa på huden och ger en
utgående signal (EMG-signal). Amplituden av EMG-signalen motsvarar summan av
aktiviteten i de aktiva motoriska enheterna och avgör kraftutvecklingen i muskeln.
Innan en mätning startar fästs elektroderna på rengjord hud med ett avstånd på 20
mm mellan de två elektrodernas centrum mitt på buken av den muskel som skall
studeras. Jordelektroden fästs på valfritt ställe på kroppen där den inte är i vägen. Två
referensnivåer registreras, en med mätning av muskelns vilonivå, det vill säga helt
avslappnad och den andra med full kontraktion av muskeln. Alternativt kan en känd
yttre kraft ges som den andra referensnivån.
Kroppen utsätts för belastningen och EMG-signalen registreras för den specifika
muskeln. De uppmätta signalnivåerna presenteras då i procent av referenskontraktionen
så kallad maximal viljemässig kontraktion (%MVC), som möjliggör att olika individers
mätvärden kan jämföras. En sammanfattning av signalens amplitud ger ett RVE-
fördelningsdiagram där belastningsnivån i % MVC presenteras som funktion av andel
studerad tid. [6]
2.6.2. Subjektiva metoder: användartester med prototyp
En testgrupp på 11 personer inom målgruppen studenter utförde ett långtidstest av
prototypen där deras subjektiva skattning dokumenterades.
11
Borgs CR10, smärtskattning
Skala som används för att beskriva den upplevda förnimmelsen hos en person. Dess
uträkning går från 0 som motsvarar Inte alls till 10 för Mycket, mycket starkt plus en
extrempunkt för Maximal upplevd smärta, se Bilaga 6a. Med denna kan den relativa
skillnaden i upplevt obehag mellan olika belastningsfall ges för en och samma person.
[6]
Kroppskarta
Kroppskartor används för att få subjektiva bedömningar om var personen känner
förnimmelse av obehag, smärta, besvär och liknande. Genom att markera områden på en
bild av människokroppen ges en uppfattning om var belastningen upplevs, se bilaga 6b.
[6]
Enkätfrågor under användartest
En enkät formuleras med öppna frågor där svaren antingen är utformade som en
bedömningsskala vilken användaren får skatta med siffror eller svara på bundna frågor
genom att sätta kryss på olika svarsalternativ. [6] I samband med användartestet fick
testpersonerna skatta svaren med såväl siffror, från 1 motsvarande Dåligt till 5 för
Mycket bra, även en femgradig skala som gick från Inte alls till Mycket påtagligt. Detta
för att ge direkta resultat för hur påtagligt momentet och punktbelastningen uppfattades
hos användaren för de olika fallen, se Bilaga 6c för fullständiga frågor och
svarsalternativ.
Användartestets utformning
Varje testperson fick gå en promenad på 7 minuter med en axelremsväska hängande på
höger axel, en gång med prototypen respektive en gång utan. Väskan hade packats för
att motsvara en students vardagliga väska och fick den slutgiltiga vikten 4,5 kg. Innan
testet startade tillfrågades personen ett par introduktionsfrågor som eventuellt skulle
kunna kopplas till senare resultat, bland annat hur personen bär väskor, på vilken axel
samt om eventuella smärtor i samband med detta.
Under promenaden tillfrågades testpersonerna att skatta eventuell smärta eller
förnimmelse enligt Borgs CR10-skala var 60:e sekund för att direkt efter promenaden
fylla i kroppskartan om var i kroppen det kändes. Två direkta frågor om punktbelastning
och momentet fick även skattas på en femgradig skala från Inte alls till Mycket
påtagligt. Återhämtningstiden innan nästa promenad var alltid 7 minuter eller längre.
För att få en uppfattning om passformen på prototypen utfördes ett rörelsetest under
återhämtningstiden. Testpersonerna ombads då utföra fyra bestämda rörelser med
ryggskyddet på sig för att sedan bedöma rörligheten och komfort med en
bedömningsskala med siffrorna 1 till 5, se figur 5. Rörelserna var rotation, vickning och
böjning av överkroppen samt att sitta ned, se figur 4. Bedömningsskalan gick från 1 till
5 motsvarande Inte alls, Dåligt, Ok, Bra och Mycket bra. Prototypens exakta utformning
och material skiljer sig från den tänkta slutprodukten så rörelsetestet gav enbart en
uppskattning om utformningen samt om den behöver anpassas ytterligare för att vara
användarvänlig.
12
Figur 5. Testperson med prototyp som utför en del av rörelsetest
2.7 Slutprodukt Utifrån en tydligare bild av konceptet och efter objektiva och subjektiva tester utfördes
hållfasthetsberäkningar för att bestämma dess dimensioner, en visualisering av dess
utförande samt analyser av tänkbara material, tillverkningsmetoder och ekonomin kring
densamma.
2.7.1. Beskrivning av slutprodukten
Resultatet av de tidigare metoderna, inte minst användarnas kommentarer vid de
subjektiva testerna, gav en bild av vilka områden och funktioner hos prototypen som
behövde vidareutvecklas för att få en användarvänlig produkt. En sammanställning av
de viktigaste problemen och ytterligare en idégenerering utfördes för att beskriva den
slutgiltiga produkten.
2.7.2. Hållfasthetsberäkningar på skyddets ryggskena
Beräkningarna under detta avsnitt har placerats under resultatdelen för att underlätta för
läsaren, se 3.6.4.
2.7.3. Visualisering av slutprodukt
För att få en bild av hur principen som utvärderas i prototypen kan tillämpas på en
användarvänligprodukt skapades en visuell slutprototyp i modelleringsprogrammet
Rhinoceros [2]. Programmet kan på enkelt vis skapa organiska former, till skillnad från
många CAD-program och var därför ett lämpligt val. Mindre detaljer och slutgiltig
finish utfördes i bildhanteringsprogrammet Adobe Photoshop CS2 [7] .
13
2.7.4. Tillverkningsmetod och materialval av slutprodukt
För att få en första uppfattning om hur slutprodukten skall kunna tillverkas utfördes en
tillverknings- och materialanalys. Yttre krav på produkten i fråga om dess form,
materialets påkänningar och användarvänligheten ställdes upp och vägdes mot varandra
i fråga om tänkbara tillverkningsmetoder. Kravspecifikation och hållfasthetsberäkningar
användes som grund för analysen.
2.7.5. Grundläggande ekonomianalys
Med givna material från tidigare analyser och åtgången av detta för ett enstaka exemplar
av produkten beräknades med totala materialkostnaden. Med den så kallade ”1-3-9-
regeln” som beskrivs av Ullman i The mechanical design process [3] för att uppskatta
produktens material-, tillverknings- och försäljningskostnader. Materialegenskaper gavs
genom sökning i marerialdatabasen CES Edu Pack [8] och efter genomförd analys gavs
även en indikation av produktens slutgiltiga vikt.
14
3. Resultat
Resultatet av litteraturstudie, marknadsundersökningar, beräkningar och tester gav en
grund för en slutgiltig utformning av produkten. Med vidare analyser av hållfastheten,
material och tillverkningsmetod och ekonomi skapades en visuell slutprodukt.
3.1. Litteraturstudie Information om hur ryggen är uppbyggd, hur biomekanik används och hur belastningar
påverkar kroppen redogörs för att ge en bakgrund till området.
3.1.1. Ryggens anatomi
Ryggraden är uppbyggd av kotor, diskar, ligament och muskler. Genom ryggpelaren
löper ryggmärgen och nervförgreningar sticker ut i ryggradens olika nivåer. Hela
ryggraden delas in i olika regioner där kotornas utformning och storlek varierar. Detta
medför en varierad rörlighet och mobilitet längst hela ryggpelaren. Även förmågan att ta
upp krafter ser olika ut i regionerna. För ryggen som ett system är dess funktion starkt
relaterat till hur de ingående komponenterna interagerar med varandra. [6] [9] [10]
Ryggkotorna ser olika ut längst med hela ryggpelaren som är uppbyggd av 7
halskotor, 12 bröstryggskotor, 5 ländryggskotor, korsbenet samt svanskotan. Dessa
delas i sin tur in i olika regioner av ryggen - nacken, bröstryggen och ländryggen.
Kotorna namnges efter den del av ryggen de tillhör tillsammans med en numrering som
utgår från huvudet och ökar nedåt se figur 6. Numreringen startar från ett i varje region
av ryggen.
Figur 6. Illustration av ryggens olika regioner och hur många kotor som hör till
respektive område [10]
15
Kotorna hålls samman av ligament och två kotor tillsammans med den gemensamma
disken bildar en ryggenhet. Mellan två kotor ligger diskarna som stötupptagande
element och överför krafter längs hela kotpelaren. Deras namn ges utifrån de omgivande
kotorna, till exempel anges disken mellan ländryggens 4:e och 5:e ryggkotor (L4 och
L5) som L4/L5. Ligamentet i ryggen håller ihop, förspänner och komprimerar
ryggradens kotor och diskar. Dess uppgift är att begränsa, styra och stabilisera en
specifik leds rörlighet och därmed skyddas andra ledstrukturer. I vissa positioner kan
musklerna avlastas och då tar ligamentet upp belastningarna istället, det blir ett typ av
passivt stöd för ryggraden genom att bara ge kraft när de aktiveras genom sträckning.
Detta sker främst när bålen är i en onormal eller avvikande position. [6] [9] [10].
Musklerna i ryggen är över 30 till antalet och ger till skillnad från ligament ett
kontinuerligt stöd för ryggraden. Vid en belastning på en yttre stuktur av kroppen
aktiveras musklerna och genererar en kraft där vissa muskler är mer kraftgivande än
andra. Kotpelaren hålls upp av flera muskelgrupper där en av de viktigaste är musculus
erector spinae, som balanserar moment vilka uppkommer då föremål lyfts och
motverkar att bålen faller framåt. Kappmuskeln, musculus trapezius, är den muskeln
som stabiliserar skulderbladet och ligger på ryggens övre del. Musklerna styrs från
hjärnan via nervsystemet som löper längs ryggmärgen i ryggpelaren. En nervcell kan
styra upp till 800 muskelceller beroende på hur kraftutvecklande muskeln är. En
nervcell med tillhörande muskelceller kallas en motoriskenhet. För att bibehålla en
frisk biologisk vävnad är blodtillförseln till musklerna med syrerikt blod essentiellt som
i sin tur ställer krav på cirkulationsorganen. Förseelsen med blod till musklerna är starkt
kopplat till förmågan att känna smärta [10] [6] [9]. För mer ingående information se
bilaga 7.
3.1.2. Biomekanik och påverkan på kroppen
Biomekanik och hur det används
Biomekanik är ett vanligt verktyg inom belastningsergonomin där olika
arbetssituationer analyseras och utvärderas genom att tillämpa mekanik på biologiskt
material. Vid bestämning av de krafter som påverkar kroppen (och de som musklerna
producerar) fås även en uppfattning om de moment som verkar i lederna. Resultaten kan
jämföras med gränsvärden eller rekommenderade nivåer för att bedöma effekterna och
risker av ett särskilt belastningsfall. [6], [1].
Kraft- och momentjämvikt gäller alltid då det är vanligast att utföra biomekaniska
beräkningar för statiska belastningar. En yttre last på kroppen balanseras av de krafter
som utvecklas i musklerna och ju större momentarm från en leds rörelsecentrum till en
muskelns fäste desto större moment ges. Ytterligare en förenkling vid beräkningar är att
endast en muskel arbetar i taget [6], [1] När det gäller biomekanik specifikt på
ryggraden så utfördes tester av Aspden 1988 [11] där tre relevanta resultat visade sig
varav ett att belastningen är beroende av den antagna positionen hos människan, d.v.s.
starkt beroende av ryggradens geometri. En persons upplevelse om ett specifikt
belastningsfall kräver även andra metoder till sidan av biomekaniska beräkningar. [11]
[6]
Definitioner av olika plan och rörelser i kroppen.
Vi rörelser av kroppen finns tre anatomiska huvudplan att tillämpa; frontal-, horisontal-
samt sagitalplanen. Frontalplanet delar in kroppen i fram och baksida, horisontalplanet i
16
över och under del och sagitalplanet är det vertikala plan som skär kroppen i höger och
vänster halva, se figur 7. Vidare finns definitioner på lägen i olika regioner av kroppen
- Medialt/lateralt anger lägen närmare respektive längre ifrån en centrallod linje i
frontalplanet.
- Cranialt/caudalt anger lägen i bålen närmare huvudet respektive svanskotan.
- Ventralt/dorsalt beskriver lägen i bålen närmare buken respektive ryggen.
- Proximalt/distralt är begrepp för att ange lägen nära respektive långt ifrån basen
för till exempel extremiteter.
Figur 7. Illustration hur de anatomiska planen definieras samt olika lägen i
kroppen. Planen namnges på engelska i figuren och motsvarar
coronal=frontal, transverse=horisontals, sagittal=sagital [10]
En ledböjning som sker in mot kroppen kallas flexion och dess motsats extension, det
vill säga ledböjning ut från kroppen. [10] [6]
Definitioner av belastningsergonomiska begrepp
En belastning anges ofta i relation till en individs maximala muskelstyrka i procent,
denna förkortas MVC för maximal voluntary contraction. Ett belastningsfall vid 50%
MVC innebär därmed att personen använder 50% av sin totala muskelstyrka i den
arbetande muskeln,[1]. Statisk belastning innebär att muskeln hålls kontraherad utan
variation i varken muskellängd eller kraft under en längre tid och vid motsatsen
dynamisk belastning förlängs och förkortas muskeln om vartannat, varje kontraktion
följs då åt av en kort avslappning [1]. En lokalbelastning är avgränsad till en specifik del
av kroppen medan en helkroppsbelastning engagerar stora delar muskulaturen. [6]
17
Vad som händer när vi känner smärta.
Trötthet och smärta är antingen kroppens svar på att dess resurser börjar bli uttömda
eller att en risk för skada föreligger. För att bli av med symtomen behöver en avlastning
ske, så kallad återhämtning, så att obalanserna kan återsällas,[6]. Muskelsmärta
karaktäriseras av en dov ihållande smärta som kan vara svår att lokalisera och anger
smärtor som kommer av muskler och leder. Muskler i sig har få smärtnerver så den
smärta som härstammar från dessa känns i senor och ledkapslarna. Orsaken till att det
uppkommer kan vara inflammatoriska förändringar, långvariga spänningstillstånd eller
en försämrad cirkulation i muskeln, [1].
Vid försämrad blodcirkulation i en aktiv muskel ökar koncentrationen av en
smärtframkallande produkt som normalt spolas bort av blodflödet. Den höga halten av
produkten utlöser smärta som upphör så fort muskeln vilar däremot kan en viss ömhet
kvarstå. Smärtan orakad av ett ökat spänningstillstånd i muskeln kan dels komma av
dragningen i smärtnerverna i senans fäste eller den försämrade cirkulationen i muskeln.
Den ihållande kontraktionen av muskeln gör att blodkärlen utsätts för en kompression
som påverkar cirkulationen negativt. Ofta uppfattas inte muskelsmärta orsakad av ett
ökat spänningstillstånd i den aktiva muskeln själv utan smärtan förlängs till en annan
plats i kroppen, detta gäller specifikt ryggmuskulaturen. [1]
Vad som händer med muskulaturen vid långvarig statisk belastning, både lätt och
tung
Vid statiska belastningar försämras uthålligheten i en muskel då försörjningen med syre
och näring till muskulaturen blir ogynnsam. Ju större kraft som verkar på muskeln desto
större motkraft utvecklar denna som kräver mer energi och desto sämre blir
cirkulationen i muskeln, ju större belastning desto snabbare blir muskeln utmattad. [1]
[6]
Ryggmusklerna tillhör en av de muskelgrupper som har bättre uthållighet just för
att klara av de långvariga låga belastningar som krävs för att bibehålla kroppen i upprätt
position. Bland annat måste ryggsträckarmuskulaturen, erector spinae, vara
kontinuerligt kontraherad för att motverka att överkroppen tippar framåt när vi står upp.
[1]
Blodcirkulationen uppför sig på liknande sätt för dynamiska och statiska
belastningar i små muskelgrupper. En låg statisk belastning kan vara svår att upptäcka
som ett riskelement då följderna sällan är lika drastiska som vid höga belastningar men
på sikt kan de ge olika former av besvär i såväl muskler och leder. Normalt ökar risken
för skador på det muskuloskeletala systemet vid tyngre fysisk belastning. [1] [6]
Vad som händer då kroppen belastas med ett moment
Likväl att en yttre kraft balanseras av muskelkrafter motverkas även moment som
verkar på och i kroppens struktur. Ett moment är en krafts förmåga att utföra en
vridande verkan kring en axel, exempelvis rörelseaxeln i en led. Ett moments storlek
beror av momentarmens längd och kraftens storlek, där momentarmen i kroppen är
avståndet från en leds rörelsecentrum till muskelns fäste. Ryggmuskulaturen har en
relativt liten momentarm jämfört med den för en yttre belastning, då momentjämvikt
råder resulterar detta i en stor kraftutveckling i muskeln. Om ett föremål bärs på
kroppens ena sida belastas ryggsträckarmuskulaturen på motsatt sida av kroppen och
överkroppen böjs eller lutar även åt det motsatta hållet för att behålla balansen. Genom
18
att tillföra en lika stor tyngd på andra sidan behöver inte ryggsträckarmuskulaturen
aktiveras längre. Sammanfattningsvis är symmetriskt bärande att föredra. [1]
För att ändra ett moment behöver antingen kraften eller momentarmens längd
ändras. Då avståndet från en led till ett muskelfäste är fixt vid en given ledvinkel kan
denna aldrig ändras, däremot kan den yttre momentarmen justeras till det mindre. Ju
närmare kroppen ett föremål bärs desto mindre påkänningar på grund av moment utsätts
kroppen för. När ryggraden inte är helt rak utsätts de belastningsupptagande ytorna av
kotorna, det vill säga diskarna och facettlederna, för skjuvning. Ryggraden kan belastas
med både vrid- och böjmoment. [11]
Gränsvärden vid långvarig lätt belastning respektive kortvarig tungbelastning
Genom att ange hur länge en muskel klarar av att belastas med en given belastning
utryckt i procent av MVC kan ett mått på uthålligheten ges, se figur 8. Uthålligheten
varierar mellan olika individer och olika stora muskelgrupper men personer med en väl
utvecklad muskulatur tenderar att ha en lägre uthållighet vid samma procent MVC som
för en svagare person. Ju högre belastning desto kortare uthållighetstid.
För att en belastning ska kunna accepters under längre tider som upp till en timme
bör belastningen hållas under 8-10% MVC Det finns även objektiva tester som visar att
längvariga belastningar på 2-5%MVC ger sjukliga förändringar i muskulaturen, inte
minst kappmuskeln [1] [6]
Figur 8. Graf där en muskelns MVC utryckt i procent beror av uthållighetstiden
vid statiska belastningar [1]
Ryggskador.
Ryggraden överför krafter konstant i kroppen, såväl inre som yttre, vilket gör att den
ofta utsätts för skador, smärtor och obehag. Ryggskador sker när gränsen för maximal
spänning och töjning i biologiskt material som skelett, ligament, muskler eller brosk
sker. Detta kan antingen ske som en följd av en plötslig överblastning (t.ex. ryggskott)
eller vid repetitiva påfrestningar. En ryggenhet med facettleder och tillhörande disk har
inga smärtnerver vilket innebär att dessa kan ta skada utan någon direkt påkänning. Vid
19
repetitiv felbelastning på dessa kan på sikt ge degenerativa ändringar, det vill säga en
gradvis försämring och nedsatt funktion i ryggradsenheten.
Ländryggssmärta är just smärta i ländryggen och är den vanligaste indikatorn på att
kroppen är överansträngd eller tecken på ett felaktigt arbetsutförande. Dess egentliga
orsak är inte självklar utan kan bero av flera individuella faktorer som t.ex. medfödda
missbildningar, degenerativa disk sjukdomar, kotförskjutning, skillnad i benlängd och
tidigare skador. Även normal åldring med ändringar av ryggraden, stödjande ligament
och muskler kan vara en annan bakomliggande orsak. [11]
Hur kroppen helst ska belastas
För att människokroppen skall bevara sina funktioner behöver den både belastas och
vila, precis som principen för hur en belastning bör ske. Monotont upprepat arbete bör
undvikas. En balans mellan belastningens karakteristik, återhämtning och individens
styrka bör eftersträvas. Om ett arbetsmoment blir för tungt är den spontana reaktionen
att avbryta med små korta pauser för att låta muskulaturen återhämtas. Helst bör statiska
belastningar avbrytas med pauser som minst motsvarar arbetstidens längd, faktorn för
hur mycket beror på belastningens storlek. Om det inte finns möjlighet för längre pauser
bör istället en naturlig arbetsrytm eftersträvas där olika muskelgrupper alternerar. Då en
muskel vilar medan en annan arbetar kallas för att ta mikropauser.
Om en statisk belastning drivs till utmattning kan det ta många timmar, ibland
dagar, innan muskulaturen är helt återställt. Ju kortare tid och lägre belastning i % MVC
desto kortare full återhämtningstid krävs. Undersökningar har visat att om korta pauser
läggs in ökar uthålligheten i musklerna. [1]
Vikten av att tillämpa muskelavslappning kan förklaras med den så kallade
”Askungenhypotesen” som menar på att de motoriska enheter som aktiveras först på
dagen är även de som slutar sist. Detta innebär att vissa motoriska enheter inte får någon
vila alls och därmed ökar risken för skador. [6]
3.2. Marknadsundersökning Resultatet av marknadsundersökningen kopplas till problemställning och
vidareutveckling av konceptet.
3.2.1. Nuvarande lösningar på marknaden,
På marknaden idag finns ett utbud av hjälpmedel som skall förbättra användarens
hållning och förbättra ryggens position för ökad muskelaktivitet, se bilaga 8 för
fullständig redogörelse. Vidare kan även vanliga ryggsäckar ses som en konkurrent då
dessa löser samma problem som skyddet.
3.2.2. Enkätundersökning ryggproblem
Efter genomförd enkätundersökning hos huvudsakligen studenter kan konstateras att
många använder axelremsväskor på ena axeln, antingen med väskan rakt ned eller
diagonalt över ryggen och på så sätt får ett stort moment runt ländryggen och
spänningar i musklerna.
Utifrån marknadsundersökningen visade det sig att 72 % av de tillfrågade stundtals
upplever smärtor vid ryggbelastning, 22 % upplever dagligen smärtor vid belastning och
6 % upplever inga smärtor vid belastning på grund av väskor. Vanan att bära väskan på
en axel är övervägande jämfört med att använda ryggsäck på båda axlarna, resultatet
visas i figur 9 och figur 10, se bilaga 9 för sammanställning av samtliga svar.
20
Figur 9. Diagrammet visar hur stor andel av de tillfrågade i enkäten som har
ryggproblem i samband med att de bär en väska.
Figur 10. Andel av de tillfrågade hur de vanligtvis bär sin väska,
samtliga blå fält motsvarar bärande på en axel
Om det fanns ett intresse att köpa en sådan produkt svarade 72 % Ja och prisintervallet
sträcker sig från 100-400kr, se figur 11 och figur 12.
72%
22%
6%
Ryggproblem ibland
med belastning
Ryggproblem varje
dag med belastning
Ej ryggproblem med
belastning
17%
11%
33%
39%
Ryggsäck två axlar
Ryggsäck en
axel
Axelremsväs
ka diagonalt
Axelremsväs
ka rakt ned
Cirkeldiagram av hur ofta de tillfrågade har ryggproblem i samband med
belastning
Cirkeldiagram av hur fördelningen av de tillfrågades vana att bära sin
väska på
21
Figur 11. Andel av de tillfrågade som skulle köpa ett ryggskydd
Figur 12. Fördelningen av vad de tillfrågande kan tänkas betala för ett hjälpmedel
som avlastar ryggen.
3.3. QFD Av QFD:n gavs specifikationer på produkten som uppdaterades i kravspecifikationen.
De tre viktigaste produktegenskaperna med avseende på kundens önskemål blev
- Lätt material
- Formas efter ryggen
- Vaddering vid axlarna
Se bilaga 10 för fullständigt utförande.
Ja72%
Nej28%
6%
44%41%
9% 50-100 kr
100-250 kr
250-400 kr
över 400 kr
Cirkeldiagram av hur många tillfrågade som kan tänka sig att köpa ett
ryggskydd
Cirkeldiagram av hur mycket de tillfrågade kan tänkas betala för ett
hjälpmedel för ryggen
22
3.4. Idégenerering och konceptutveckling Utvalda konceptskisser som genererats under arbetets gång redovisas i bilaga 11, varav
konceptet som fördelar lasten även på höfterna i en korsformation valdes att arbeta
vidare med.
3.5. Prototypframställning Den första framställdes av kartong och länkar (änglaben). Syftet var att klargöra hur
armarna skulle röra sig i relation till varandra vid olika sorters belastning. Även hur
kraften på axeln skulle fortplantas i resten av produkten och därmed kroppen
undersöktes. Olika varianter av denna tillverkades för att jämföra konceptidéer. Se
bilaga 12 för bilder.
Den andra och mer avancerade prototypen byggdes av tunna stålskenor (1,5 mm
tjocka), tygbälte med fäste, cellpolyeten (samma material som används i liggunderlag),
silikongeldyna för axelvaddering samt skruvar och muttrar för montering. I och med att
prototypen skulle användas vid användartester byggdes delarna in i en väst för att
underlätta för användaren. Delarna klipptes och bockades i metallverkstaden och
monterades därefter samman med hjälp av silvertejp och skruvar, se figur 13.
Figur 13. Bild av den färdiga prototypen med stålskenor, cellpolyeten som
höftvaddering och silikongeldyna för vaddering vid axlarna.
3.6. Utvärdering av prototyp Resultaten som gavs av de objektiva och subjektiva testerna relaterar till hur användaren
uppfattade prototypen och illustreras med såväl mätresultat, diagram och konkreta
kommentarer.
3.6.1. Objektiva tester
De olika belastningsfallens objektiva resultat omfattar moment i ländryggen, kotornas
kompression och punktbelastningens fördelning på axeln.
23
Jack-simulering, påverkan på leder vid belastning
Simuleringarna av de två relevanta belastningsfallen utan skydd och med slutprodukt
sammanstalls i figur 14. För fullständiga resultat se Bilaga 13. Resultatet från
prototypsimuleringen gav samma utfall som det med prototypen och sammanställs i
diagrammet under Med skydd tillsammans med resultatet för slutprodukten.
Figur14. Resultat av Jack simulering, där krafterna som disken L4/L5 utsätts för
presenteras för fall 1 och fall 3, resultatet för fall 2 är näst intill identiskt med fall 3.
Sammanställningen av de olika fallen återfinns i bilaga 13 och graferna DMH Moment
Distribution visar att muskeln erectus spinae (utmed ryggraden) arbetar mindre vid
användning av prototyp och slutprodukt. Även momentet som disken L4/L5 utsätts för i
graferna L4/L5 Moment minskar vid användandet av prototypen, största skillnaden sker
i z-riktningen som motsvarar frontalplanet, se yz-plan i figur 7, med en minskning till en
tredjedel av ursprungligt värde utan skydd. För static strenght-analysen minskade
momentet på bålens utsida med 50 % när prototypen använts, se bilaga 13.
Punktbelastning på axel
För att förtydliga tankegången har metodbeskrivningen av följande avsnitt placerats
nedan under resultat.
För att ta reda på den omfördelade punktbelastningens effekt beräknades
tryckförändringen med respektive utan ryggskyddet. Väskans vikt uppskattades till 4,5
kg, vilket ger en kraft på 44,2 N, belastningsfallen illustreras i figur 15 och figur 16.
Formlerna som användes var
Där
Kraft [N]
Kraft som disken L4/L5 utsätts för vid olika belastningsfall
24
Konstanter
[N] utan skydd [m2] med skydd [m2]
44,2 0,001257 0,004918
Punktbelastning utan
Figur 15. Representerar den area där större delen av väskans tyngd verkar utan användning av skydd.
Vilket gör att trycket på axeln där väskan hänger är,
Punktbelastning med slutprodukt
Figur 16. Förenklad bild ovanifrån på axelvaddering. Gråmelerad yta är den yta
där den väsentliga delen av tyngden hamnar. Det vita området i mitten är ett hål.
Vilket gör att trycket på axeln där väskan hänger är
Skillnad mellan de två fallen
Utan skydd 35163 Pa
Med skydd 8987 Pa
Det innebär en minskning av trycket på axeln med nästan fyra gånger.
25
3.6.2. Subjektiva metoder
Resultatet från användarnas subjektiva skattningar visar vart de kände påkänningar i
kroppen, hur stark smärta och obehag de upplevde samt övriga kommentarer om såväl
punktbelastning som rörlighet och komfort
Borgs CR10-skattning
Minsta-, största- och medianskattningen av Borgs CR-10-skala illustreras i figur 17 där
medianvärdet med och utan användning av skydd jämförs med avseende på tiden. För
samtliga skattningar hos testpersonerna se Bilaga 14
Figur 17. Graf över max-, min- och medianvärdet av Borgs CR-10-skattning
från användartesterna med avseende på tiden.
Vad man kan urskilja vid en jämförelse mellan medianvärdena i figur 16 är att
skillnaden i upplevd smärta inte skiljer sig mycket åt i början av testet, endast 0,5 (vid
tiden 0-2 minuter). Medianvärdet för upplevd smärta är dock två steg lägre i slutet av
testet (vid tiden 6-7 minuter). Vad man även kan se är att det är väldigt stor skillnad
mellan max- och minvärden för de två fallen, framför allt i slutet av testet. För separata
grafer och data se bilaga 14.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
Bo
rs C
R-1
0-s
katt
nin
g
Tid
Median med skydd
Min med skydd
Max med skydd
Median utan skydd
Min utan skydd
Max utan skydd
Graf över Borgs CR10-skattning vid användartestet m.a.p. tiden
[min]
26
Kroppskarta vid användartester
Var testpersonerna upplevde påkänningar efter de båda testerna presenteras i figur 18
samt mer ingående i bilaga 15.
Antal personer
Kroppsdel Med skydd Utan skydd
Höger Axel fram 5 8
Axel bak 6 7
Nacke bak 1 2
Ryggsida 1
Arm + Hand 1
Höft 1 2
Skulderbladet 2
Bröstrygg 1
Ländrygg 3
Center Ländrygg 4
Vänster Axel fram 1
Nacke fram 5
Nacke bak 4
Ländrygg 4
Figur 18. Hur många av testpersonerna som upplevde någon sorts smärta på
särskild plats med respektive utan användning av prototypen.
Vilket framgår av figur 17 upplevde många testpersoner smärta i ländryggen då de inte
använde skyddet. Det är även många som kände smärta där väskans rem tryckte mot
axeln. Vid användning av skyddet känner färre smärtan i ländryggen men däremot på
vänster sida av nacke vilket är motsatt sida från där väskan var placerad.
Enkätfrågor
Vid enkätfrågorna i samband av användaretesterna gavs såväl positiv som negativ
feedback, se bilaga 16 för fullständiga kommentarer och svar på de direkta frågorna och
övriga kommentarer.
Negativ feedback
Många ansåg att prototypen skar in i sidan på vänster sida, trots att väskan hängde på
höger sida. Vissa som var längre än vad den var anpassad för hade svårt att spänna åt
den på höften och skyddet hamnade istället på magen. Detta bidrog enligt dem till att
den förlorade viss effekt och axlarna fick ta hela tyngden snarare än höfterna.
Positiv feedback
Några tyckte att det var skönt med höftvaddering. Många ansåg att det märktes störst
skillnad först efter ett tag. De tyckte också att det kändes mindre i svanken med skyddet.
Bra att det fanns en liten hake som kunde hålla väskan uppe utan att behöva spänna sig.
På de direkta frågorna angående eventuella påkänningar av momentet och
punktbelastningen i samband med testet följde svaren enligt figur 19 och figur 20.
27
Figur 19. Svar på frågan om påkänning av punktbelastning i axeln med och utan
skydd.
Figur 20. Svar på frågan om påkänning av momentet i ländryggen med och utan
skydd.
3.7. Presentation av slutprodukt Resultatet av litteraturstudier, användartester och utvärdering av framtagna koncept har
lett till en relativt diskret och lättburen produkt som påminner om en väst. Utifrån en
tydligare bild av produkten utfördes hållfasthetsberäkningar för att bestämma dess
materialsammansättning, en visualisering av dess utförande samt analyser av tänkbara
material, tillverkningsmetoder och ekonomin kring densamma.
0123456789
1011
1=Inte alls 2 3=Lagom mycket
4 5=Mycket påtagligt
An
tal p
ers
on
er
Subjektiv skattning
Subjektiv skattning, punktbelastning
Med skydd
Utan skydd
0123456789
1011
1=Inte alls 2 3=Lagom mycket
4 5=Mycket påtagligt
An
tal p
ers
on
er
Subjektiv skattning
Subjektiv skattning, moment i ländryggen
Med skydd
Utan skydd
28
3.7.1. Beskrivning
Slutproduktens utförande kommer av analyser och resonerande kring tidigare resultat
och därför presenteras även orsakerna till varför den ser ut som den gör tillsammans
med beskrivningen av ryggskyddet. Produkten som vidareutvecklats utifrån resultaten
av användartesterna består huvudsakligen av tre moduler och är anpassad för att klara
en tyngd på upp till 8,5 kilograms belastning på en axel. Se figur 21 och figur 22.
Figur 21. Ryggskyddet. Modulindelning av produkten.
Figur 22. Ryggskyddet sett från sidan. Formad efter ryggens krökning.
29
Axelmodul: övre del av ryggplatta och vaddering för minskad punktbelastning
Den första är ett axelskydd med vaddering, utformad för komfort och för att minska
punktbelastningen på axeln där väskan hänger. Vadderingen är gjord av silikongel och
är formad som en oval platta med ett hål i mitten (se figur 23) som gör att tyngden från
väskan omfördelas till området runt den faktiska angreppspunkten för att på så sätt öka
arean och minska trycket på axeln.
Figur 23. Närbild på vaddering vid axel. Ovanifrån.
Axelvadderingens tjocklek är 13 mm och är tillverkat i silikongel, se figur 24. Det var
den tjocklek och det material som användes vid användartesterna. Ovanpå vadderingen
ligger ett hårt skal/skena som går vidare ned i samma stycke som ryggmodulen.
Figur 24. Närbild på ryggsköldens övre del och vaddering under denna.
Det hårda partiet är format med en grop för att underlätta att väskan hänger kvar när
brukaren rör på sig, figur 25 och figur 26. Detta var något som framkom som ett
problem under testerna och har således korrigerats i slutprodukten.
30
Figur 25. Närbild på ryggsköldens övre del med en nedåtbuktning som hindrar väskan
från att glida av axeln. Ovanifrån.
Figur 26. Formen gör att väskan inte glider av axeln, sedd rakt framifrån
Ryggmodul: ryggplatta
Den andra modulen är själva skölden, eller skenan, som går från axelmodulen vidare
ned längs ryggen till höftmodulen. Ryggskenan är gjord i samma stycke som axelskenan
för att undvika svaga och känsliga länkar mellan de två partierna. Vid övergången
mellan axelmodul och ryggmodul är skenan väldigt böjd och materialet har därför
förstärkts vid övergången, för att minska risken för kraftig nedböjning eller brott till
följd av alltför tung belastning.
I och med att prototypen var formad som ett x gav positivt utfall i användartesterna
formades slutprodukten också som ett x, men i mjukare former. X: ets funktion är att
förskjuta kraften snett från ena axeln till motsatt höft och på så sätt minska momentet
runt ländryggen, se figur 27. Detta bevisas även av de biomekaniska beräkningarna i
samband med simuleringar som gjorts i Jack.
Ryggskenan kommer inte i kontakt med kroppen på samma sätt som axel- och
höftmoduler och har därför endast foder som vaddering för att hindra att vassa kanter
skär in i ryggen vid vridning.
31
Figur 27. Ryggmodul anpassad efter ryggens form. Vy snett bakifrån.
Höftmodul: vaddering och bälte
Längst ned på produkten är ryggmodulen fäst i en höftvaddering, figur 28, med tjocklek
14 mm, i materialet cellpolyeten vilket användes i användartesterna. Ryggskölden är
fäst i vadderingsmaterialet med nitar som är vadderade för att inte orsaka obehag.
Ändamålet med höftmodulen är att hindra att ryggskölden skär in i höften och
ländryggen. Vadderingen bidrar även till att hålla skölden på plats i och med att det är
sammankopplat med ett bälte, figur 29, som används för att spänna fast skyddet runt
höften. Under användartesterna var alla väldigt nöjda med material och utformning av
vaddering, således har inga förändringar gjorts i slutprodukten.
32
Figur 28. Ryggskyddet snett framifrån. Höftvaddering synlig.
Figur 29. Bälte som spänns fast runt höften för att hålla skyddet på plats och
för att låta höften ta en del av väskans tyngd.
33
Övrigt
Höftmodul och axelmodul är dessutom sammankopplade med två remmar framtill, på
vardera sidan om magen, figur 30. Användartester visade att det var svårt att ta av
skyddet. Syftet med dessa remmar är att hålla skyddet på plats och att möjliggöra en
konstruktion som är lätt att ta av. De två remmarna på framsidan, se figur 31, kan
knäppas upp och på så sätt kan ryggskölden lätt tippas bak och tas av efter att bältet
framtill på vadderingen också knäppts upp.
Figur 30. Remmar som binder samman höftmodul och axelmodul. Remmarna
knäpps fast i höftmodulen och lossas när den ska tas av.
För att se mer tilltalande ut och för att hålla vissa delar på plats kläs konstruktionen in i
tyg. Se figur 31. På utsidan väljs ett tyg som andas och har en neutral gråblå nyans.
Insidan är också täckt med ett tyg som andas, och själva ryggplattan vadderas lätt med
ett foder för att undvika obehag. Plattan har mjuka kanter och hörn och följer ryggen
väl, på så sätt finns inget behov av mer vaddering.
34
Figur 31. Ryggskyddet inklätt i tyg.
3.7.2. Hållfasthetsberäkningar
Nedan följer metod och resultat av hållfasthetsberäkningar och gjorda antaganden.
Ryggskölden tillverkas av ett kompositmaterial på grund av att de ofta har bra
mekaniska egenskaper i kombination med låg densitet. Att produkten förstörs på grund
av utmattning efter längre tid tas inte hänsyn till i dessa beräkningar. Ryggskölden
utsätts för diverse påfrestningar vid användning. Hållfasthetsberäkningarna delades
därför upp i två etapper som tar hänsyn till de största påfrestningarna.
Balkböjning vid övre del
Den första beräkningen hanterar nedböjningen som kan uppstå i den böjda delen överst
på skyddet där ryggen övergår till axel. Som figur 32 visar har modellen förenklats till
en rak balk med rektangulärt tvärsnitt med höjden h och bredden b. Axeldelen anses fast
inspänd i nedre änden. För att kontrollera om antagen sammansättning av
kompositmaterial i ryggskenan är rimlig gjordes ett Matlabprogram [13] [14] med
hållfasthetsformler, se Bilaga 18. Programmet räknar ut vilken sträckgräns som skulle
krävas av kompositmaterialet för att klara böjspänning.
35
Figur 32. Bild av förenkling
Konstanter
t (tjocklek
på skölden) [m]
b (plattans bredd)
[m]
L (axelmodulens
djup, avstånd från
kraft)
[m]
[GPa]
[GPa]
[MPa]
0.002 0.1 0,13 235 295 4100
Där L är avståndet från axeldelens infästning till kraftens angreppspunkt, b är
axelplattans bredd, t är sköldens tjocklek, räknat med dubbla lager av
kolfiberepoxikompositplattor med en tjocklek på 1 mm vardera. Matrismaterialets
brottegenskaper bestäms av fiberkomponentens egenskaper, således är lika
med . Kolfibern är av typ Intermediate modulus. Kraften, som verkar på
axeln med en vinkel 30⁰ framifrån beskrivs av
med en uppskattad vikt av väskan på 8,5 kg.
Momentet kring infästningspunkten kan beräknas [12]som kraften, multiplicerat med
hävarmen, L
Böjspänningen
36
Där
Där är yttröghetsmoment, är halva tjockleken och är böjmotståndet. Om
är större är är materialet tillräckligt hållfast.
Med angivna värden blir
Alltså håller den övre delen av skyddet för en belastning på 8,5 kg utan problem.
Knäckning p.g.a. axiell kraft
Den andra beräkningen hanterar plattans påfrestningar på långsidan utmed ryggen, där
eventuell knäckning kan ske till följd av axiell belastning ovanifrån. Här är det därför
viktigt att kontrollera om tjockleken 2 mm är tillräcklig för att klara dessa
ansträngningar. Även här har vissa förenklingar gjorts. Exempelvis ses ryggplattan som
en rektangel trots att den är välvd i flera riktningar. Dessutom räknas två tunna plattor
som om de vore en dubbelt så tjock platta. Även produktens form sedd bakifrån har
förenklats, se figur 33 nedan. Eulers knäckfall 1 [12] används som hjälp vid
beräkningarna.
Figur 33. Förenkling av ryggskenans nedre del. Med axiell belastning ovanifrån
37
I detta fall motsvarar avståndet från infästningen i höften till den del där ryggmodulen
övergår till axelmodul.
Enligt blandningslagen [13] beräknas elasticitetsmodulen av ett kompositmaterial ut
som nedan.
Den kraft som materialet klarar fås från [12]
Med angivna värden blir
vilket är långt över den kraft på 72 N med vilken väskan verkar på axeln.
3.7.3. Tillverkningsmetod och materialval
Produkten ska tåla stort tryck och drag i minst en riktning där väskan belastar axeln.
Produkten ska även klara slag, vara brandsäker och vattentät och klara viss böjning samt
att den ska vara lätt. Prototypen tillverkades i metall vilket ger rätt
hållfasthetsegenskaper men som däremot är väldigt tungt och svårt att forma till exakt
rätt form. I prototypen länkades axelparti samman med ryggskenan och de två skenorna
länkades samman i korsningen mellan dem.
Ett förslag på material valdes utifrån lämpliga materialegenskaper till kolfiber [15]
i komposit med epoxi som matris. Epoxiharts i kombination med kolfiber är en vanlig
konstellation i kompositmaterial och används exempelvis i golfklubbor, vilka är både
styva och relativt elastiska vid böjning. Dessa egenskaper lämpar sig väl för
ryggskölden och har därför tagits fram som ett förslag till material. Lämpligtvis bör
materialet även ytbehandlas med ett annat ämne för att undvika allergibesvär. För
serieproduktion av ryggskölden är det lämpligt att använda metoden vakuuminjicering.
Ett alternativ till detta är manuell tillverkning som innebär att matrisen (epoxin) penslas
på för hand på kolfibrerna. Med denna tillverkningsmetod kan man lätt tillverka
organiska former, vilket passar bra till ryggskölden som är formad efter ryggen. Skölden
tillverkas i ett stycke, från axelparti till ryggparti. [16] [17]
38
3.7.4. Ekonomianalys
I denna ekonomianalys har volymuppskattningar gjorts för att beräkna materialåtgången
och därefter priset, uppgifter om materialen har hämtats från CES EduPack [8].
Komponent Material Volym
[m3]
Densite
t
[kg/m3]
Vikt
[kg]
Anta
l
Pris för
material/enhe
t
Delsumm
a
[SEK]
Bälte Tyg 0.04 1 5
Höftvaddering Cellpolyeten 1.7*10-3
70 0.12 1 23 kr/kg 3
Ryggsköld Kompositmaterial
CFRP (kolfiber +
epoximatris)
2.4*10-4
1.5*103 0.36 1 288 kr/kg 103
Axelvaddering Silikongel 2*10-5
1.3*103 0.03 2 100kr/kg 6
Innerfoder/tyg polyestertyg 0.1 1 5
Yttertyg 1 5
Övrigt Nitar, lim etc. 10
0.65
0 kg
Total
materialkostnad
137 kr
Tillverkningskostnad 411 kr
Försäljningspris 1233 kr
Det ställda kravet om tillverkningspris överstiger således kostnadskravet angivet i
kravspecifikationen.
39
4. Diskussion Resultat och metoder diskuteras för prototyp och slutprodukt.
4.1. Utvärdering av prototyp Prototypen uppfattades av testpersonerna som att den minskade momentet i ländryggen
vilket även visas i Jack. Däremot skedde en rotation av konstruktionen när denna
belastades med väska och en del av funktionen gick till miste. Modifikationer av
slutprodukten gjordes på grund av detta men har inte testats fullt ut. Jack-testet visade
att både momentet och krafterna var mindre på L4/L5 (disken mellan ländryggens fjärde
och femte kota) i fallet med prototypen. Detta ger minskad kraftutveckling i muskeln
och därmed längre uthållighet vilket även testpersonernas sista Borgs CR10-skattning
kan visa på likväl svaren på den direkta frågan om just momentet i ländryggen.
Att punktbelastningen minskade visades dels av att färre personer angav
påkänningar på kroppskartan med prototypen. På den direkta frågan som ställdes
samband med testerna om just punktbelastningen var fördelningen större kring 2 och 3
medan skattningen utan prototypen låg kring 4 på skalan 1 till 5. Detta stärker tidigare
beräkningar och visar bland annat på att strypt blodcirkulation i muskeln framkallar
smärta snabbare vilket framgår av litteraturstudien
För att användartesterna skulle ge mer hade prototypen behövt anpassas efter olika
rygglängder. Cirka en tredjedel av testpersonerna upplevde att den satt lite högt upp och
hamnade på magen snarare än på höften. I och med det gav prototypen inte samma
effekt som för de andra, vilket innebär att axlarna fick ta all väskans tyngd istället för att
den fördelades mellan höft och axlar. Om produkten skulle säljas behöver den således
säljas i olika storlekar. Den kunde även ha utrustats med hängslen för att se om
problemet med att skyddet halkade snett vid belastning kunde minskas.
Något som hade gett lite mer tyngd åt vårt resultat hade varit ett uttalande från
expert, exempelvis en sjukgymnast, om vilka konsekvenser det kan ge av att belasta
höfterna istället för axlarna och ryggmuskulaturen. Vad som även hade varit önskvärt
var ett test om hur lederna påverkas under en längre tid då Jack bara visar momentana
resultat och risker för plötsliga belastningar, detsamma gäller för hur musklerna
påverkas.
Testpersonernas olika längd, olika dagsform, olika uppfattning om Borgs CR10-
skala har givetvis påverkat testets utfall. Även tidigare ryggproblem påverkar hur de
uppfattar skyddet och hur de uppfattar smärta. Ur metodsynpunkt hade objektiva tester
på en människa och inte bara simuleringar, till exempel EMG varit lämpligt dessvärre
gick detta ej att genomföra inom arbetets tidsram. Vid Jacksimuleringarna uppskattades
fördelningen av belastningen på kroppen vilket påverkar resultatet som inte stämmer
överens med verklighet. Andra vanliga felkällor är den mänskliga faktorn och
eventuella fel i testutrustning.
4.2. Slutprodukt och marknad I mån av tid hade utvecklingen och valet av material kunnat göras mer ingående och
utförligare hållfasthetsberäkningar, vilket även möjliggjort en mer djupgående
ekonomianalys. I nuläget är resultatet ett välutvecklat koncept snarare än en
produktionsfärdig produkt.
Ekonomianalysmetoden som utförs enligt Ullman ger en tillverkningskostnad som
är fem gånger så stor mot vad som specificerats. Att välja kolfiber visade sig vara både
en kostsamt och överdimensionerad lösning, men den ger en indikation av möjliga
40
materialval. Den höga kostnaden innebär även att kundens tänka prisintervall tredubblas
mot önskvärt pris enligt internetenkäten. Huruvida Ullmans ekonomimetod är bäst
lämpad för denna typ av produkt är oklart och en mer ingående analys borde göras även
här men det ingår ej i problemformuleringen.
Genom att skapa ett skydd som liknar en väst med väldigt följsamma former tas den
inte som ett hjälpmedel vid en första anblick och produkten skulle kunna säljas i till
exempel sportbutiker och vara mer accepterad. Inställningen i dagens samhälle att vara
hälsosamma och ta hand om våra kroppar kan verkligen stärka produktens efterfrågan
på marknaden. Ryggskyddet är ett bra alternativ till ryggsäck med höftrem. Med detta
hjälpmedel är man inte heller begränsad till en viss sorts väska för att slippa ryggvärk
och spänningar i nacken. I vissa fall kan det vara önskvärt att ha en väska framför
kroppen där man har uppsikt istället för bakom sig på ryggen.
Som kravspecifikationen anger minskar produkten punktbelastning på axeln vid
användning av axelremsväska. Dessutom omfördelas tyngden från den ena axeln delvis
till den andra axeln men främst till höfterna. På så sätt blir det mer bekvämt för både
axlar och rygg att bära väskor på en axel. För bekvämligheten har skyddet vadderats på
höften.
41
5. Slutsats
Det valda problemområdet, upplevd smärta när en väska bärs på en axel, visade sig vara
ett stort problem hos den grupp studenter som genomförde internetenkäten. Hela 80 %
upplevde besvär orsakade av väskbelastning. Ett ryggskydd togs fram för att minska
punktbelastningen på axlarna och omfördelar lasten för att minska momentet i
ländryggen. Med utvärdering av objektiva metoder togs resultat fram som visar att
punktbelastningen minskar och musklerna som arbetar för att motverka moment i
ländryggen arbetar mindre vid användning av prototypen. De subjektiva metoderna gav
att prototypen minskade upplevelsen av smärta hos användarna i samband med bärandet
av en väska på bara en axel.
Med samtliga resultat modifierades prototypen för att bli ett förslag till slutprodukt
som rent visuellt liknar en väst. Produkten minskar momentet i ländryggens nedre del
med en 70 % och punktbelastningen på axeln med 75 %, vilket ger en stor effekt på
användarens hälsa både på lång och kort sikt.
Figur 34. Visar förbättring av problemområden då ryggskyddet används.
- 75 % jämfört med utan
skydd, enligt beräkningar
- 70 % jämfört med utan
skydd, enligt Jack-beräkningar
42
Tack
Vi vill tacka Carl-Michael Johannesson för handledning under projektets gång och våra
klasskamrater för att de ställt upp i användartester. Vi vill även tack de som ställt upp i
vår enkätundersökning online. Slutligen vill vi tacka Ulf för hjälp med prototypbygge
och trevligt sällskap i Da Vinci.
Referenser
1. Lundgren, N. Luthman, G. & Elgstrand, K. (red) (1987). Människan i arbete.
Stockholm: Norstedt
2. Rhinoceros (version 3.0 SR4) är ett registrerat varumärke av Robert McNeel and
associates, 3670 Woodland Park Ave N Seattle WA 98103 USA
3. Ullman, D. (2010). The mechanical design process. New York: McGraw-Hill
4. Jack (version 6.0.2) är ett registrerat varumärke av Siemens Product Lifecycle
Management Software Inc, 5800 Granite Parkway Suite 600 Plano TX 75024
USA
5. Verktyg att navigera genom människokroppen, Information hämtat från
bodybrowser.googlelabs.com, 2011-04-19
6. Boghard, M. (Red) m.fl. (2008). Arbete och teknik på människans villkor.
Stockholm: Prevent.
7. Photoshop CS2 (version 9.0) är ett registrerat varumärke av Adobe Systems Inc,
345 Park Ave San Jose CA 110-2704 USA
8. CES Edu Pack 2010 (version 6.2.0) är ett registrerat varumärke av Granta
Design Limited, Rustat House 62 Clinton road Cambridge CB1 7EG UK
9. Fast, A. Goldsher, D & Funk, O. (2006). Navigating the adult spine : bridging
clinical practice and neuroradiology. [e-bok] New York: Demos Medical
Publishing
Tillgänglig via: KTH/Biblioteket/Katalogen
http://site.ebrary.com/lib/kth/docDetail.action?docID=10179300&p00=exter
nal%20spine%20load%20exposure
[Besökt 2 februari 2011]
10. Marras S, W. (2008). The working back: A systems view. [e-bok] New York:
John Wiley & Sons
Tillgänglig via: KTH/Biblioteket/Katalogen
http://site.ebrary.com/lib/kth/docDetail.action?docID=10225354&p00=exter
nal+load+ergonomics
[Besökt 2 februari 2011]
43
11. Kroemer, K. Kroemer, H. & Kroemer- Elbert, K (2001). Ergonomics: How to
design for ease and efficiency. Upper Saddle River: Prentice-Hall
12. Sundström, B. (Red) m.fl. (1998). Handbok och formelsamling i
hållfasthetslära. Stockholm: Institutionen för hållfasthetslära KTH
13. Sundström B. (1995). Enaxliga problem: teknisk balkteori . Stockholm: Institutionen för
hållfasthetslära, KTH
14. Matlab (version 7.10.0.499) är ett registrerat varumärke av The MathWorks Inc,
3 Apple Hill Drive Natick MA 0760 USA
15. Materialinformation om kolfiber, Information hämtat från www.carbontrikes.se,
komposit/fiber, 2011-05-05
16. Informationsblad om armerade plaster, Information hämtat från
www.plastnet.se, bearbetning, 2011-05-05
17. Informationsblad om kompositmaterial, Information hämtat från www.epotex.se,
/141/159/31, 2011-05-08
44
Lista över bilagor
Bilaga 1. Kravspecifikation
Bilaga 2. Metodbeskrivning av litteraturstudie
Bilaga 3. Utförande av enkät: Ryggproblem och belastningsvanor
Bilaga 4. Metodbeskrivning av QFD
Bilaga 5. Metodbeskrivning: Jack-simulering av ledbelastning
Bilaga 6a. Subjektiva metoder, Borgs CR-10 skala
Bilaga 6b. Subjektiva metoder, Kroppskartan
Bilaga 6c. Subjektiva metoder, Frågeformulär
Bilaga 7. Litteraturstudie: Ryggens anatomi
Bilaga 8. Sammanställning av nuvarande lösningar på marknaden idag
Bilaga 9. Sammanställning av enkätundersökning
Bilaga 10. Sammanställd QFD
Bilaga 11. Sammanställning av konceptgenerering
Bilaga 12. Sammanställning av prototypframställning
Bilaga 13. Sammanställning av Jack-simulering
Bilaga 14. Sammanställning av Borgs CR10-skattning vid användartester med prototyp
Bilaga 15. Sammanställning av kroppskarta vid användartester med prototyp
Bilaga 16. Sammanställning av enkätfrågor och övriga kommentarer vid användartester
med prototyp
Bilaga 17. Konceptritning och 3D-bilder av slutprodukt
Bilaga 18. Hållfasthetsberäkningar, matlabkod
45
Bilaga 1. Kravspecifikation
Version 3, 2011-05-05
Malin Carlström & Charlotte Dunér
Bakgrund Idag är det mer en vana än undantag att transporteras från ett ställe till ett annat för att
kunna ta del av dagens samhälle, oavsett om det gäller arbetet, skolan, sociala kontakter,
vardagligt handlande etc. Vi människor är ständigt på rörande fot som i sin tur kräver att
vi bär med oss våra tillhörigheter.
Väskutbudet är stort med allt ifrån ryggsäckar, axelremsväskor, portföljer,
sportbagar, tygkassar, handväskor m.m. som finns i olika storlekar och utföranden.
Principen att bära en väska på en axel blir allt vanligare (vetenskaplig referens) som i
sin tur sätter sina spår på vår kropp.
Med avseende på punktbelastningen som axlarna utsätts för ges en dubbelt så
stor belastning på muskulaturen och axelleden genom att bära väskan på bara en axel
istället för att fördela tyngden på båda. Asymmetrin ger även upphov till ett moment
som aktiverar ryggmuskulaturen på motsatt sida vilken med tiden tröttar ur densamma.
[1]
Ett hjälpmedel som kan fördela tyngden på en axel till båda skulle därmed både
minska punktbelastningen på axlarna samt minimera momentet som uppkommer i
ryggen. En sådan produkt skulle möjliggöra för användaren att fortsätta använda sin
väska med en rem men belasta kroppen på ett mer skonsamt sätt.
Produktmål Ryggskyddet, skall vid ett belastningsfall med en väska hängande på en axel:
Fördela tyngden mellan båda axlarna
Minska momentet som uppkommer i ryggen
Funktionella kriterier Krav
- Ryggskyddet skall omfördela tyngden från väskan
- Ryggskyddet skall minska punktbelastning på axlar
- Ryggskyddet skall kunna användas för axelväskor
- Ryggskyddet skall minska moment i aktiva leder med minst 25% av vad ett belastningsfall
utan hjälpmedlet ger
- Ryggskyddet skall minska muskelaktiviteten i de aktiva musklerna med minst 25%MVC
mot vad ett belastningsfall utan hjälpmedlet ger - Önskemål
- Ryggskyddet bör förbättra hållning
- Ryggskyddet bör minska moment i aktiva leder med minst 50% av vad ett belastningsfall
utan hjälpmedlet ger
- Ryggskyddet bör minska muskelaktiviteten i de aktiva musklerna med minst 50%MVC
mot vad ett belastningsfall utan hjälpmedlet ger
46
Begränsande kriterier Krav
- Ryggskyddet skall väga max 1 kg - Ryggskyddet skall upplevas bekväm, och vara formbar, d.v.s
o Inte klämma åt runt höften
o Inte skära in i rygg eller axlar
o Följa kroppens rörelse relativt bra, inte hindra rörelse
o Så tunn som möjligt
o Materialet ska andas
o Inte vara för tjockt/tätt material
- Ryggskyddet skall kunna bäras under klädesplagg, exempelvis jacka utan att användaren
upplever detta besvärligt d.v.s. ”diskret” utformad.
- Ryggskyddet skall vara återvinningsbar med avseende på
o Materialval
o Kopplade komponenter skall kunna separeras
- Ryggskyddet skall kunna tvättas - Ryggskyddet skall vara brandsäker dvs. inte mer brandfarlig än vanliga kläder.
- Önskemål
- Ryggskyddet bör väga max 0,5 kg
- Ryggskyddet bör undvika utstickande delar i sin konstruktion
- Ryggskyddet bör vara lätt att transportera, ska kunna ”fällas ihop”
- Ryggskyddet bör klara av att tappas från 2 m höjd
Övriga kriterier Krav
- Ryggskyddet skall ha en utformning som visar hur den skall användas
- Ryggskyddet skall kunna placeras mot både tyg och hud utan glidning mot underlaget eller
upplevt obehag
- Ryggskyddet skall hållas på plats under användning
- Ryggskyddet skall kunna användas av både män och kvinnor över ca 15 år
- Önskemål
- Ryggskyddet bör upplevas mer som ett klädesplagg än ett hjälpmedel av användaren
- Ryggskyddet bör ha en tillverkningskostnad under 100 kronor
- Ryggskyddet bör förlänga användarens uthållighet till minst det dubbla jämfört med då
skydd inte används
47
Bilaga 2. Metodbeskrivning av litteraturstudie
METODBESKRIVNING AV LITTERATURSTUDIE
Frågor att besvara
- Hur är ryggen uppbyggd?
- Vad är biomekanik och hur används det?
- Hur definieras olika rörelser av kroppen? Definitioner av olika plan och
rörelser på kroppen, främst av
- ryggen
- Varför känner vi smärta i muskler?
- Vad händer i/med muskulaturen vid långvarig lätt belastning (resp. tyngre)?
- Vad händer då kroppen belastas med ett moment?
- Vilka gränsvärden finns vid långvarig lätt belastning resp. kort tung?
- Typiska ryggskador? Hur vanliga är belastningsskador på ryggen vid
osymmetrisk belastning av ryggen?
- Vilka områden är vanligast att ha problem med?
- Hur kan ryggskador undvikas?
Upplägg och relevanta områden
- Ryggens anatomi
- Biomekanik och påverkan på kroppen
- Belastningsergonomiska definitioner
- Smärta
- Vad som händer i kroppen
- Gränsvärden
- Skador och hur de undviks
Huvudsakliga Artiklar/böcker
- Teknik och arbete på människans villkor [6]
- The Working Back : A Systems View [WS]
- Navigating the Adult Spine : Bridging Clinical Practice and Neuroradiology
[9]
- Ergonomics: How to design for ease and efficiency [11]
- Människan i arbete [1]
48
Bilaga 3. Utförande av enkät: Ryggproblem och belastningsvanor
49
50
51
Bilaga 4. Metodbeskrivning av QFD
För ökad förståelse om sambanden mellan användares önskemål på hjälpmedlet och
produktens egenskaper utfördes en Quality Function Deployment (QFD) enligt Ullman
[3]. Metoden genererar tydliga specifikationer och ger en överblick hur egenskaper,
önskemål och inbördes samband påverkar varandra och ger en ny dimension till
problemet.
Konkreta frågor besvaras i bestämda fält i ett så kallat QFD- diagram, se figur
nedan. För att undersöka användarens krav på ett ryggskydd besvarades och resonerades
följande frågor i samma följd. Siffrorna motsvara även de fält i figuren där svaren
fördes in.
1. Vem är kunden?
En QFD kan utföras på en eller flera kundgrupper parallellt, men fokus för denna
avgränsas till användaren.
2. Vad vill kunden ha?
De önskemål som kundgruppen kan tänkas prioritera i ett rygg skydd listas.
3. Hur viktiga är önskemålen för kunden?
Önskemålens relativa värde vägs mot varandra genom att rangordna samtliga
önskemål och sedan poängsätta ur en total pott på 100poäng.
4. Hur möts kundens önskemål hos konkurrenterna idag?
På en skala från dåligt till mycket bra skattas hur en viss konkurrent tillmötesgår
kundens önskemål. Detta ger en indikation på vilka önskemål som kan vara värda att
satsa mer på för att ge produkten en konkurrensfördel.
5. Vilka egenskaper skall produkten ges för att möta kundens önskemål?
Med utgångspunkt från kundens önskemål ställs produktspecifikationer upp som ger
en bra grund till kravspecifikationen. Här är det viktigt att hålla isär egenskaper och
lösningar.
6. Hur relaterar produktegenskaperna med kundens önskemål?
Samband mellan ett kundönskemål och en produktegenskap kopplas från en
graderingsskala med 9-3-1-0 för starkt, medel, svagt och inte alls. Olika symboler
sätts i matrisstrukturen för att motsvara siffrorna. Varje önskemål bör ha minst ett 9-
samband.
7. Hur bra möter konkurrenterna produktegenskaperna?
På samma sätt som i steg 4 skattas hur bra konkurrenterna möter
produktegenskaperna.
8. Hur viktig är en produktegenskap med avseende på kundens önskemål?
Hur viktig en produkts egenskap är ges av rangordningen i steg 3 och sambanden i
steg 6. Dessa multipliceras och summeras för samtliga önskemål hos en och samma
produktegenskap. Samtliga summor normaliseras genom deras totalsumma och ger i
procent hur viktig en produktegenskap blir.
52
9. Hur påverkar produktegenskaperna varandra?
Vissa egenskaper hos produkten kan stärka varandra medan andra motverkas.
Genom att fylla i ett + eller – i den gemensamma rutan för två produktegenskaper
ges en överblick av sambanden. Detta kan t.ex. ge en förvarning att två egenskaper
inte vara fullkomliga utan måste mötas halvvägs.
53
Bilaga 5. Metodbeskrivning: Jack-simulering av ledbelastning
Snedbelastning och punktbelastning med ryggskydd, utan ryggskydd och med
slutprodukten
2011-04-19
Syfte
Syftet med denna simulering är att undersöka om och hur den utvecklade prototypen
påverkar momentet i ländryggen och andra leder i rygg och axlar. Ytterligare en
simulering görs för den tänkta slutprodukten, där vissa modifieringar gjorts utifrån
genomfört användartest.
Belastning
Ergonomibok(motsvarar dator), 1/2 liter vatten(motsvarar matlåda), ½ liter
vatten(motsvarar vattenflaska), en mindre bok, två block, väska
Väskans vikt: 4,460 kg
I och med att västen är fast åtspänd kring höfterna bidrar den inte med någon tyngd
nedåt på axlarna, däremot verkar dess tyngd på höften.
Ryggskyddets vikt: 1 kg
Gemensamma faktorer: Kvinna, väska med bestämd vikt, avslappnad stående position,
Axelremsväska rakt ned på höger sida. Simuleringen utförs endast på en kroppstyp då enbart den relativa skillnaden av olika
belastningsfall är av intresse.
Fall 1: Utan skydd
Axelremsväska rakt ned på höger sida. All tyngd på högra axeln, rakt ned.
Nr Plats Tyngd Koordinater
1 Nyckelben,acromion, höger 44 N -1.2, -21.9, -2,7
Belastningspunkter, utan skydd. [5]
54
Fall 2: Med prototyp som ”hamnat snett”
Västens tyngd fördelas jämnt, med 5 N på vardera höft.
Nr Plats Tyngd Koordinater
1 Nyckelben, acromion, höger 11.1 N -2.4, -8.5, -1.0
2 Nacke, bak, vänster 2.2 N -2.0, -0.8, 0
3 Höft, lateral, höger 22,9 N -8.7, -20.8, 4.1
4 Höft, lateral, vänster 18,3 N 8.8, -15.7, 3.2
Belastningspunkter, med prototyp [5]
Fall 3: Med slutprodukt som hamnar rätt och minskar punktbelastning och
omfördelar tyngd från axlar till höft
Axelremsväska rakt ned på höger sida. Västens tyngd fördelas jämnt, med 5 N på
vardera höft.
Nr Plats Tyngd Koordinater
1 Nyckelben, acromion, höger 8,84 N -1.2, -21.9, -2,7
2 Nyckelben, acromion,vänster 4,4 N 1.2, -21.9, -2.7
3 Höft, lateral, höger 13,8 N -9.5, -19.6, 3.9
4 Höft, lateral, vänster 27,1 N 9.5: -19.6, 3.9
Belastningspunkter med slutprodukt [5]
55
Bilaga 6a. Subjektiva metoder, Borgs CR-10 skala
Borgs CR-10 skala
Inte alls 0
Mycket, mycket svag 0,5
Mycket svag 1
Svag (lätt) 2
Måttlig 3
Ganska stark 4
Stark (kraftig) 5
6
Mycket stark 7
8
9
Mycket, mycket stark 10
Bilaga 6b. Subjektiva metoder, Kroppskarta
56
Bilaga 6c. Subjektiva metoder, frågeformulär vid användartester INTROFRÅGOR Ringa in ditt svar
Har du ont i ryggen innan testet? Ja Nej
Brukar du uppleva smärta när du bär väskor till vardags? Ja Nej
Hur brukar du bära din väska: En axel diagonalt En axel rakt ned Två axlar
Rygglängd: Axelbredd:
DIREKTA FRÅGOR I SAMBAND MED TESTET Kryssa i ditt svar
Hur upplevs punktbelastningen på axeln?
Mycket påtagligt Lagom mycket Inte alls
Hur upplevs momentet i ländryggen?
Mycket påtagligt Lagom mycket Inte alls
RÖRELSETEST, SUBJEKTIVBEDÖMNING AV RYGGSKYDD Ange ditt svar med motsvarande siffra
1 Dåligt 2 Ganska dåligt 3 Ok 4 Bra 5 Mycket bra
Utför följande rörelser och uppskatta rörlighet och komfort Rörlighet Komfort Håll kroppen rakt och vicka överkroppen åt höger och vänster sida
Håll kroppen rak och böj dig framåt, som att du ska knyta skorna
Håll kroppen rak och vrid dig åt sidan, som att du ska titta över din egen axel
Sitt ned på en stol
Häng väskan på höger respektive vänster axel, upplever du någon skillnad? Vad i
så fall?
ÖVRIGA KOMMENTARER
57
Bilaga 7. Litteraturstudie: Ryggens anatomi
Ryggraden/ryggpelaren/kotpelaren
Ryggraden är uppbyggd av kotor, diskar, ligament samt muskler. Genom ryggpelaren
löper ryggmärgen och nervförgreningar sticker ut i ryggradens olika nivåer. Hela
ryggraden delas in i olika regioner där kotornas utformning och storlek varierar. Detta
medför en varierad rörlighet och mobilitet längst hela ryggpelaren. Även förmågan att ta
upp krafter ser olika ut i regionerna. För ryggen som ett system är dess funktion starkt
relaterat till hur de ingående komponenterna interagerar med varandra. [6] [9] [10]
Ryggkotorna ser olika ut längst med hela ryggpelaren som är uppbyggd av halskotor, 12
bröstryggskotor, 5 ländryggskotor, korsbenet samt svanskotan. Dessa delas i sin tur in i
olika regioner av ryggen, Lumbalregionen, Thoracalregionen, Cervicalregionen även
kallat nacken, bröstryggen samt ländryggen. Kotorna namnges efter den del av ryggen
de tillhör tillsammans med en numrering som utgår från huvudet och ökar nedåt. [9]
[10]
Ryggkotan
Kotorna ledar tillvarandra i de så kallade facettlederna, vilka precis som kotorna ser
olika ut i olika regioner av ryggen. Dessa leder tillåter alternativ hindrar rörelser i olika
riktingar och bidrar därmed till ryggens mobilitet samt stabilitet. Bröstryggens
facettleder liknar kransar som tillsammans med motsvarande kotors koppling med
revbenen och bröstbenet gör bröstryggen mindre mobil än nacken. Detta ökar
stabiliteten i denna region och risken för vanställning är inte lika stor som för nacken
och ländryggen. Ländryggskotorna är de som är störs till storleken längst ryggpelaren
och tar upp den störta belastningen. [6] [9]
En ryggkota är uppbyggd at två olika typer av ben, kompakt respektive
spongiöst ben. Det yttre lagret av kotan utgörs av det kompakta benet som ger ett högt
motstånd mot töjning och vridning medan den inre delen består av en porös matris av
spongiöst ben. Då denna har lägre densiteten och är mer elastiskt än det kompakta benet
bevarar kotan sin form vid påfrestning av tryckkrafter. Kotorna hålls samman av
ligament och två kotor tillsammans med den gemensamma disken bildar en ryggenhet.
[6] [10]
Diskar
Diskarna ligger mellan två kotor som stötupptagande element och överför
krafter/belastningar mellan kotorna. De reglerar även rörelsen mellan kotorna och håller
avståndet mellan dessa fast. Deras namn ges utifrån de omgivande kotorna. Till exempel
anges disken mellan L4 och L5 som L4/L5 [10] [9]
Under sömnen då kroppen befinner sig i vertikalt läge absorberar diskarna vatten
som gör att ryggen blir stelare på morgonen, under dagen pressas däremot vatten ut från
disken och strukturen blir mer rörlig. Förmågan att binda vatten har en tendens att
minska med åldern som gör att avståndet mellan diskarna minskar. [10] [9]
Ligament
Ligament kallas även ledband och har en hög draghållfasthet och är uppbyggt av
elastisk bindväv. I ryggren löper ligament längs ryggpelarens främre och bakre del samt
mellan ryggkotorna. Dess uppgift är att begränsa, styra och stabilisera en specifik leds
58
rörlighet och därmed skyddas andra ledstrukturer. Ligamentet i ryggen håller ihop,
förspänner och komprimerar ryggradens kotor och diskar [6] [10]
I vissa positioner kan musklerna avlastas och då tar ligamentet upp belastningarna
istället, det blir ett typ av passivt stöd för ryggraden genom att bara ge kraft när de
aktiveras genom sträckning. Detta sker främst när bålen är i en onormal eller avvikande
position. [6] [10]
Muskler
Musklerna i ryggen är över 30 till antalet och ger till skillnad från ligament ett stöd för
ryggraden där vissa muskler är mer kraftgivande än andra. Vid en belastning på en yttre
stuktur av kroppen aktiveras musklerna och genererar en kraft. Då avståndet mellan den
yttre kraften och ryggraden utgör en större momentarm än den mellan muskeln och
ryggraden kan kraftutvecklingen i muskeln blir betydligt större än motsvarande för
belastningens tyngd. Detta innebär bland annat att muskler som sträcker sig över flera
ryggradskroppar har bättre mekaniska fördelar än de mindre.
En muskels muskelkontroll beskriver hur en viss muskel arbetar då den
aktiveras. Denna varierar mellan olika individer och påverkas bland annat av
livserfarenhet, skador, träning, arbetsmiljö och arbetsinställning. För att förstå hur
ryggraden belastas vid en aktivitet ger det mycket att förstå motor control mönstret för
individen och muskeln. Det är även möjligt att muskler som aktiveras samtidigt
motverkar varandra och därmed leder till en större påfrestning för ryggstrukturen [10]
Kotpelaren hålls upp av flera muskelgrupper där de viktigaste är musculus erector
spinae, som balanserar moment vilka uppkommer då föremål lyfts och motverkar att
bålen faller framåt, multifidus ,internal oblique, external oblique och rectus abominus
som även de har stora mekaniska fördelar. [6] [10]
Musklerna styrs från hjärnan via nervsystemet som löper längs ryggmärgen i
ryggpelaren. En nervcell kan styra upp till 800 muskelceller beroende på hur
kraftutvecklande muskeln är. En nervcell med tillhörande muskelceller kallas en
motoriskenhet. För att bibehålla en frisk biologiskvävnad är blodtillförseln till
musklerna med syrerikt blod essentiellt som i sintur ställer krav på cirkulationsorganen.
Förseelsen med blod till musklerna är starkt kopplat till förmågan att känna smärta
59
Bilaga 8. Sammanställning av nuvarande lösningar på marknaden idag
MARKNADSUNDERSÖKNING Vad finns på marknaden idag?
Samtliga länkar är hämtade 2011-02-28
HÄLSOVÄSTEN
Tränar din hållning & andning, Drar tillbaka axlarna,
Rätar på ryggraden, Stödjer & avlastar, Värmer &
ökar cirkulation
http://halsovasten.se/
HÅLLNINGSSTÖD Stimulerar rakare hållning.
http://www.varsam.se/shop/?cat_id=184
RYGGGÖRDEL
Stabiliserande ryggortos med fyra förbockade skenor http://www.varsam.se/shop/?cat_id=184
RYGGKUDDE
Den mjuka ergonomiska ryggkudden är formad för
din rygg så du bibehåller din naturliga ryggkurvatur i
sittande läge!
http://www.etacbutiken.se/webshop/index.php/vila-
avlasta/ergonomisk-ryggkudde-good-posture-gra.html
SVANKSTÖD:
Avlastar och ger stöd åt rygg och svank.
http://www.etacbutiken.se/webshop/index.php/svankst
od-formgjutet-viskosskum.html
KINESTETIK-RULLE
Kinestetikrullen kan vikas, formas och anpassas precis
till ditt aktuella läge
http://www.etacbutiken.se/webshop/index.php/kinestet
ikrulle.html
60
Bilaga 9. Sammanställning av enkätundersökning
Antal Andel
Tillfrågade 36
Belastningsvanor och ryggproblem
Belastning rakt ned 17 47%
Bär med sig dator eller extra träningskläder 27 75%
Ryggproblem ibland med belastning 23 64%
Ryggproblem varje dag med belastning 7 19%
Ej ryggproblem med belastning 2 6%
Problem ibland utan bel (ev pga tung väskbelastning) 21 58%
Problem varje dag utan bel (ev pga tung
väskbelastning) 3 8%
Inga problem utan belastning 33%
72%
22%
6%
Ryggproblem vidbelastning
Ryggproblem ibland med belastning
Ryggproblem varje dag med belastning
Ej ryggproblem med belastning
61
Bilaga 10. Sammanställd QFD
62
Bilaga 11. Sammanställning av konceptgenerering
Skisser på konceptförslag
Efter första konceptgenereringen valdes några koncept ut och arbetades vidare med.
Nedan visas några av dessa. Vissa byggdes även i kartong.
Skiss av olika koncept efter idegenerering
63
Funktionsmodellen
För att undersöka vilken konstruktion som bäst omfördelade tyngden från axlar till rygg
byggdes enkla funktionsmodeller med kartong och änglaben.
Funktionsmodeller av möjlig ryggkonstruktion
Funktionsmodeller i kartong och skum
64
Bilaga 12. Sammanställning av prototypframställning
En begagnad väst inhandlades som fick användas som bas i vår funktionsmodell. På
insidan satt höftvaddering, axelskydd och ryggskenor i metall. Flera material testades
för att ta reda på vad som var mest bekvämt och gav minst punktbelastning på axeln.
Med hjälp av denna prototyp gjordes användartester vars resultat låg till grund för
slutkonstruktion och vidareutveckling av ryggskyddet.
Axelvadderingsmaterial med olika egenskaper testades och kompression uppmättes
Den färdiga funktionsmodellen.
65
Bilaga 13. Sammanställning av Jack- simulering
Jack: Low Back Analysis Report
Fall 1 Belastning med en väska utan skydd
66
Jack: Low Back Analysis Report
Fall 2 Belastning med prototyp och väska
67
Jack: Low Back Analysis Report
Fall 3 Belastning med slutprodukt och väska
68
Jack: Static Strength Prediction Report Capability Summary Chart
Fall 1 Belastning med en väska utan skydd
Left Right
Moment (Nm)
Muscle Effect
Mean (Nm)
Cap (%)
Moment (Nm)
Muscle Effect
Mean (Nm)
Cap (%)
Shoulder
Abduc/Adduc -0 -- 41 100 -0 -- 44 100
Rotation Bk/Fd 0 -- 40 100 0 -- 43 100
Humeral Rot -0 -- 18 100 -0 -- 19 100
Trunk
Flex/Ext -1 -- 145 100
Lateral Bending 9 LEFT 83 100
Rotation -1 -- 51 100
Hip -1 EXTEN 104 100 -1 EXTEN 104 100
Fall 2 Belastning med prototyp och väska Left Right
Moment (Nm)
Muscle Effect
Mean (Nm)
Cap (%)
Moment (Nm)
Muscle Effect
Mean (Nm)
Cap (%)
Shoulder
Abduc/Adduc -0 -- 41 100 -0 -- 44 100
Rotation Bk/Fd
0 -- 40 100 0 -- 43 100
Humeral Rot -0 -- 18 100 -0 -- 19 100
Trunk
Flex/Ext -2 EXTEN 145 100
Lateral Bending
4 LEFT 83 100
Rotation -0 -- 51 100
Hip -2 EXTEN 104 100 -2 EXTEN 104 100
Fall 3 Belastning med slutprodukt och väska
Left Right
Moment (Nm)
Muscle Effect
Mean (Nm)
Cap (%)
Moment (Nm)
Muscle Effect
Mean (Nm)
Cap (%)
Shoulder
Abduc/Adduc -0 -- 41 100 -0 -- 44 100
Rotation Bk/Fd 0 -- 40 100 0 -- 43 100
Humeral Rot -0 -- 18 100 -0 -- 19 100
Trunk
Flex/Ext -2 EXTEN 145 100
Lateral Bending 4 LEFT 83 100
Rotation -0 -- 51 100
Hip -2 EXTEN 104 100 -2 EXTEN 104 100
69
Fall 3 : Belastning med slutprodukt
Fall 1: Belastning utan skydd
Fall 2: Belastning med prototyp
70
Static strength, sammanfattning av momentet på sidan av bålen.
71
Bilaga 14. Sammanställning av Borgs CR10-skattning vid användartester med prototyp
0
1
2
3
4
5
6
7
8
01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
Bo
rgs
CR
-10
ska
ttn
ing
Tid
Borgs CR-10, median-, max- resp. minvärde med skydd
Median med skydd
Min med skydd
Max med skydd
0
1
2
3
4
5
6
7
8
01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
Bo
rs C
R-1
0 s
katt
nin
g
Tid
Borgs CR-10, median-, max- resp. minvärde utan skydd
Median utan
Min utan skydd
Max utan skydd
72
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00
Dif
fere
ns
Borgs CR-10, differens mellan med skydd resp. utan skydd
Mediandifferens vid t
Maxdifferens vid t
Mindifferens vid t
73
Fullständiga skattningar
74
Bilaga 15. Sammanställning av kroppskarta vid användartester med prototyp
75
Antal personer
Kroppsdel Med skydd Utan skydd
Höger Axel fram 5 8
Axel bak 6 7
Nacke bak 1 2
Ryggsida 1
Arm + Hand 1
Höft 1 2
Skulderbladet 2
Bröstrygg 1
Ländrygg 3
Center Ländrygg 4
Vänster Axel fram 1
Nacke fram 5
Nacke bak 4
Ländrygg 4
76
Bilaga 16. Sammanställning av enkätfrågor vid användartester med prototyp
Punktbelastning och moment
1= inte alls
5=mycket påtagligt
Rörelsetest
77
Övriga kommentarer
SAMMANSTÄLLNING AV ÖVRIGA KOMMENTARER Upplevd känsla vid test
- Utan väst kändes det mer i svanken
- Det strålade i armen utan skyddet
- Mycket mer påtaglig punktbelastning på axeln utan skyddet
- Armen domnade bort utan skydd ev pga klämd nerv eller strypt blodtillförsel
- Kändes bättre med västen efter att ha burit väskan en stund
- Skönt skydd,
- Inte bra att man inte känner om väskan glider av axeln
- Gör ont i ryggen vid djup inandning när skyddet är på
- Utan skydd gör det ont längre ned på ryggen
- Gick snett under promenaden .
Vanor att bära väska
- Brukar bära på vänster axel
- Har inte ont i ryggen när jag bär väskan samma dag utan dagen efter.
- Brukar bära väskan på vänster axel
Utformning av prototypen
- Skyddet sitter ej på höften som leder till att det inte går att spänna åt.
- Känns varm och skön
- Jobbigt med slätt vid axlarna ==> glider lätt av.
- Bra om man kunde kroka i väska ngn stans
- Skönt med midjeskydd
- Bra med skruv som stoppar att väska åker ned
- Kanten på skyddet tryckte på "halsen" på andra sidan
- Skyddet skar in på motsatt sida
- Skyddet hamnade ovanför höfterna.
- Skyddet passade inte riktigt min kropp
Upplevd känsla vid test
- Utan väst kändes det mer i svanken (nämndes av flera testpersoner)
- Det strålade i armen utan skyddet (nämndes av flera testpersoner)
- Mycket mer påtaglig punktbelastning på axeln utan skyddet
- Kändes bättre med västen efter att ha burit väskan en stund (nämndes av flera
testpersoner)
- Skönt skydd,
- Inte bra att man inte känner om väskan glider av axeln
- Gör ont i ryggen vid djup inandning när skyddet är på
Vanor att bära väska
- Har inte ont i ryggen när jag bär väskan samma dag utan dagen efter.
- Brukar bära väskan på vänster axel (nämndes av flera testpersoner)
Utformning av prototypen
- Skyddet sitter ej på höften som leder till att det inte går att spänna åt. (nämndes av flera
testpersoner)
- Jobbigt med slätt vid axlarna ==> glider lätt av.
- Kanten på skyddet tryckte på "halsen" på andra sidan (nämndes av flera testpersoner)
- Skyddet passade inte riktigt min kropp
- Känns varm och skön
- Bra om man kunde kroka i väska ngn stans
- Bra med skruv som stoppar att väska åker ned
- Skönt med midjeskydd
78
Bilaga 17. Konceptritning och 3D-bilder av slutprodukt
Måttsatt konceptskiss.
79
Bilden visar hur kraften från väskan fördelas. Idébild.
80
Bilaga 18. Hållfasthetsberäkningar, MATLAB-kod Hållfasthetsberäkningar, böjning och knäckning av ryggsköld
% MF116x Kandidatarbete. Charlotte Dunér, Malin Carlström
% Hållfasthetsberäkningar för ryggskydd
clc;
clear all;
% Givet:
t=0.002; % tjocklek på plattan [m]
bboj=0.10; % axelbredd [m]
L=0.13; % avstånd från "fäste" till kraftens angreppspunkt
sigmabkomp=4100*10^6; %matrismaterialets brottegenskaper bestäms av
fibermaterialets egenskaper, hÂllfpapper. OBS för
en fiber, kan variera om det är ett knippe,
epotex.se)
Em=235*10^9; %elasticitetsmodul matrismaterial, epoxy
Ef=295*10^9; % elasticitetsmaterial fibermaterial, kolfiber
Intermediate modulus
vm=0.5; vf=0.5; % volymsandel matrismaterial resp matrismaterial
komposit
%BÖJNING
F=sin(pi/3)*8.5*9.82; % Kraft i y-riktning. Antag väskans vikt 10 kg
M=L*F;
z=t/2;
Wb=(bboj*t^2)/6; % Böjmotstånd rektangulärt tvärsnitt
I=Wb*z; % Yttreghetsmoment
sigma=(M*z)/I;
format long
%KNÄCKNING
L=0.55; % rygghöjd
Ekomp=1/(vf/Ef+vm/Em); %parallellmetoden
Pc=((pi^2)*Ekomp*I)/(4*L^2)
